[go: up one dir, main page]

JP2012129200A - Semiconductor film, method for preparing semiconductor film, and electricity storage device - Google Patents

Semiconductor film, method for preparing semiconductor film, and electricity storage device Download PDF

Info

Publication number
JP2012129200A
JP2012129200A JP2011253924A JP2011253924A JP2012129200A JP 2012129200 A JP2012129200 A JP 2012129200A JP 2011253924 A JP2011253924 A JP 2011253924A JP 2011253924 A JP2011253924 A JP 2011253924A JP 2012129200 A JP2012129200 A JP 2012129200A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
silicon
silicide
layer
semiconductor film
metal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011253924A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2012129200A5 (en
JP5793066B2 (en
Inventor
Tomokazu Yokoi
智和 横井
Takayuki Inoue
卓之 井上
Makoto Furuno
誠 古野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Original Assignee
Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd filed Critical Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority to JP2011253924A priority Critical patent/JP5793066B2/en
Publication of JP2012129200A publication Critical patent/JP2012129200A/en
Publication of JP2012129200A5 publication Critical patent/JP2012129200A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5793066B2 publication Critical patent/JP5793066B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402Methods of deposition of the material
    • H01M4/0421Methods of deposition of the material involving vapour deposition
    • H01M4/0428Chemical vapour deposition
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D62/00Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
    • H10D62/80Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
    • H10D62/81Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials of structures exhibiting quantum-confinement effects, e.g. single quantum wells; of structures having periodic or quasi-periodic potential variation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134Electrodes based on metals, Si or alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362Composites
    • H01M4/366Composites as layered products
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386Silicon or alloys based on silicon
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a semiconductor film including silicon microstructures integrated at high density and a method for preparing the semiconductor film; a semiconductor film including silicon microstructures whose density is controlled and a method for preparing the semiconductor film; and an electricity storage device improved in charge-discharge capacity.SOLUTION: A preparation method is used for forming a semiconductor film with a silicon layer including silicon structures on a substrate having one metal surface. The thickness of a silicide layer formed by reaction between the metal and the silicon is controlled, so that the grain sizes of silicide grains formed at an interface between the silicide layer and the silicon layer are controlled and the shapes of the silicon structures are controlled. The semiconductor film can be applied to an electrode of an electricity storage device.

Description

本発明は、半導体膜及び半導体膜の作製方法に関する。本発明は蓄電装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor film and a method for manufacturing the semiconductor film. The present invention relates to a power storage device.

なお、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。   Note that the power storage device refers to all elements and devices having a power storage function.

近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、及び空気電池など、高性能な蓄電装置の開発が進められている。   In recent years, high-performance power storage devices such as lithium ion secondary batteries, lithium ion capacitors, and air batteries have been developed.

蓄電装置用の電極は、集電体の一表面に活物質を形成することにより作製される。活物質としては、例えば炭素またはシリコンなどの、キャリアとなるイオンの貯蔵及び放出が可能な材料が用いられる。例えば、シリコンまたはリンがドープされたシリコンは、炭素に比べ理論容量が大きく、蓄電装置の大容量化という点において優れている(例えば特許文献1)。   An electrode for a power storage device is manufactured by forming an active material on one surface of a current collector. As the active material, a material capable of storing and releasing ions serving as carriers, such as carbon or silicon, is used. For example, silicon or silicon doped with phosphorus has a larger theoretical capacity than carbon and is superior in terms of increasing the capacity of a power storage device (for example, Patent Document 1).

一方、微小な針状の構造物が知られており、その外形的な特徴から、イオン移動型二次電池(リチウムイオン電池等)を含む蓄電装置へ応用することが期待されている。   On the other hand, minute needle-like structures are known, and due to their external features, they are expected to be applied to power storage devices including ion mobile secondary batteries (such as lithium ion batteries).

シリコンの微小針状構造物としては、VLS(Vapor−Liquid−Solid)成長法を用いたシリコンナノニードルが知られている(特許文献2参照)。シリコンナノニードルは単結晶基板から得られる単結晶の針状構造物であり、一例として、先端部の直径は〜300nm、長さは〜90μm程度である。   A silicon nanoneedle using a VLS (Vapor-Liquid-Solid) growth method is known as a silicon microneedle structure (see Patent Document 2). Silicon nanoneedles are single crystal needle-like structures obtained from a single crystal substrate. As an example, the tip has a diameter of about 300 nm and a length of about 90 μm.

特開2001−210315号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-210315 特開2003−246700号公報JP 2003-246700 A

針状の構造物を蓄電装置の活物質に用いることにより、表面積を大きくすることが出来るため充放電容量の増大や充放電特性の向上などの効果が期待される。またシリコンの微小構造物を蓄電装置の負極活物質に用いる場合、これを高密度に集積するほど、充放電容量の増大が期待される。しかしながら、従来のVLS成長法を用いたシリコンナノニードルの作製方法では、この高密度高集積化が困難であった。   By using a needle-like structure as the active material of the power storage device, the surface area can be increased, and therefore, effects such as an increase in charge / discharge capacity and an improvement in charge / discharge characteristics are expected. In addition, when a silicon microstructure is used as a negative electrode active material of a power storage device, the charge / discharge capacity is expected to increase as the density is increased. However, it has been difficult to achieve high density and high integration in the conventional method for producing silicon nanoneedles using the VLS growth method.

本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、その目的は、高密度に集積化されたシリコンの微小構造物を有する半導体膜、及びその作製方法を提供することを課題の一とする。
また、本発明の目的は、密度が制御されたシリコンの微小構造物を有する半導体膜、及びその作製方法を提供することを課題の一とする。
また、本発明の目的は、充放電容量が向上した蓄電装置を提供することを課題の一とする。
The present invention has been made under such a technical background. Therefore, an object of one of the objects is to provide a semiconductor film having a silicon microstructure integrated at high density and a manufacturing method thereof.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor film having a silicon microstructure whose density is controlled and a manufacturing method thereof.
Another object of the present invention is to provide a power storage device with improved charge / discharge capacity.

上記目的を達成するため、本発明は金属表面上に形成されるシリコンの微小構造物に着眼した。シリコンの微小構造物は、金属表面に対してLPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法、PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)法などの堆積法を用いてシリコン膜を成膜することにより形成される。   In order to achieve the above object, the present invention has focused on a silicon microstructure formed on a metal surface. The silicon microstructure is formed by depositing a silicon film on a metal surface by using a deposition method such as LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) or PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition).

本発明者らは、当該シリコン構造物の生成メカニズムについて鋭意研究を重ねた結果、金属のシリサイド反応における体積膨張によって生じる圧縮応力に起因して、シリサイド層表面近傍には凹凸形状が生じ、その凸部から分離したシリサイド粒の粒径と、シリコン構造物の形状とが密接に関わっていることを見出した。   As a result of intensive research on the generation mechanism of the silicon structure, the present inventors have found that a concavo-convex shape is generated near the surface of the silicide layer due to the compressive stress caused by volume expansion in the metal silicide reaction. It was found that the grain size of the silicide grains separated from the part and the shape of the silicon structure are closely related.

そして、シリコン構造物の成長の核となるシリサイド粒の粒径を制御することにより形成される、さまざまな形状のシリコン構造物を有する半導体膜の発明に想到した。   Then, the inventors have come up with the invention of a semiconductor film having variously shaped silicon structures formed by controlling the grain size of silicide grains that are the nucleus of the growth of silicon structures.

例えば、針状のシリコンウィスカを形成する場合は、シリサイド反応を表面近傍のみで微小なシリサイド粒を生じさせ、当該シリサイド粒を成長の核として、シリコン構造物を形成すればよい。シリサイド反応を表面近傍のみで生じさせると、当該シリサイド反応に伴う体積膨張による圧縮応力はシリサイド層表面の向きに集中し、シリサイド層表面の凹凸形状の起伏が激しく、且つ周期が短くなる。その結果、シリサイド層表面の凸部から分離したシリサイド粒は極めて微小なものとなり、この微小なシリサイド粒が起点となって成長したシリコン構造物は、針状のシリコンウィスカとなりやすい。このような方法によって形成された針状のシリコンウィスカを有する半導体膜は、シリコン層とシリサイド層との界面付近に微小なシリサイド粒を有する。シリサイド粒の粒径は1nm以上50nm未満である。   For example, when forming a needle-like silicon whisker, a silicide structure is formed only in the vicinity of the surface to produce fine silicide grains, and the silicon structure is formed using the silicide grains as a growth nucleus. When the silicide reaction is caused only in the vicinity of the surface, the compressive stress due to the volume expansion accompanying the silicide reaction is concentrated in the direction of the surface of the silicide layer, the unevenness of the uneven shape on the surface of the silicide layer is severe, and the cycle is shortened. As a result, the silicide grains separated from the protrusions on the surface of the silicide layer are extremely minute, and the silicon structure grown from the minute silicide grains is likely to be a needle-like silicon whisker. A semiconductor film having needle-like silicon whiskers formed by such a method has fine silicide grains in the vicinity of the interface between the silicon layer and the silicide layer. The grain size of the silicide grains is 1 nm or more and less than 50 nm.

一方、大きなシリサイド粒を形成する場合は、シリサイド反応が膜厚方向に(金属層に向かって)深く進めばよい。シリサイド反応が膜厚方向に(金属層に向かって)深く進むと、当該シリサイド反応に伴う体積膨張によって生じる圧縮応力は膜厚方向に緩和される。その結果シリサイド層表面の凹凸形状の起伏が緩やかに、且つ周期が長くなり、その凸部から分離したシリサイド粒の粒径は大きくなる。このようにして得られた大きなシリサイド粒が起点となって成長したシリコン構造物の形状は、針状ではなく半球状(ドーム状)のシリコン構造物となりやすい。このような方法によって作製された半球状(ドーム状)のシリコン構造物を有する半導体膜は、シリコン層とシリサイド層との界面付近に大きなシリサイド粒を有する。シリサイド粒の粒径は50nm以上である。   On the other hand, when large silicide grains are formed, the silicide reaction may proceed deeply in the film thickness direction (toward the metal layer). When the silicide reaction proceeds deeply in the film thickness direction (toward the metal layer), the compressive stress generated by the volume expansion accompanying the silicide reaction is relaxed in the film thickness direction. As a result, the undulations of the concavo-convex shape on the surface of the silicide layer become gradual and the period becomes longer, and the grain size of the silicide grains separated from the convex part becomes larger. The shape of the silicon structure grown from the large silicide grains thus obtained tends to be a hemispherical (dome-shaped) silicon structure rather than a needle shape. A semiconductor film having a hemispherical (dome-shaped) silicon structure manufactured by such a method has large silicide grains in the vicinity of the interface between the silicon layer and the silicide layer. The grain size of the silicide grains is 50 nm or more.

また、上記金属層を構成する金属には、シリコンと反応し、シリサイドを形成する金属を用いる。シリサイドを形成する金属としては、例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等が挙げられる。特に、比較的シリコンに対する拡散係数の小さいチタンを用いると、シリサイド層の膜厚の制御性を高めることが出来るため好ましい。   Further, as the metal constituting the metal layer, a metal that reacts with silicon to form silicide is used. Examples of metals that form silicide include titanium (Ti), nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), and chromium. (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), etc. are mentioned. In particular, it is preferable to use titanium having a relatively small diffusion coefficient with respect to silicon because the controllability of the thickness of the silicide layer can be improved.

また、上記シリサイド層上にシリサイド粒が多数存在することは、シリサイド層表面の表面粗さ(ラフネス)が大きいとも言い換えることができる。これによりシリサイド層とシリコン層との間にアンカー効果を奏することにより密着性を向上させることが出来る。   In addition, it can be said that the presence of a large number of silicide grains on the silicide layer means that the surface roughness (roughness) of the silicide layer surface is large. Thereby, the adhesion can be improved by providing an anchor effect between the silicide layer and the silicon layer.

すなわち、本発明の一態様は、金属を含むシリサイド層と、シリサイド層上にシリサイド粒と、シリサイド層及びシリサイド粒に接するシリコン層と、を有し、シリコン層が針状のシリコン構造物を含み、シリサイド層の膜厚は、1nm以上100nm未満であり、シリサイド粒の粒径は、1nm以上50nm未満である、半導体膜である。   That is, one embodiment of the present invention includes a silicide layer containing a metal, a silicide grain on the silicide layer, a silicide layer and a silicon layer in contact with the silicide grain, and the silicon layer includes a needle-like silicon structure. The thickness of the silicide layer is 1 nm or more and less than 100 nm, and the grain size of the silicide grains is a semiconductor film of 1 nm or more and less than 50 nm.

また、本発明の一態様は、金属を含むシリサイド層と、シリサイド層上にシリサイド粒と、シリサイド層及びシリサイド粒に接するシリコン層と、を有し、シリコン層がドーム状のシリコン構造物を含み、シリサイド層の膜厚は、100nm以上であり、シリサイド粒の粒径は、50nm以上である、半導体膜である。   One embodiment of the present invention includes a silicide layer containing a metal, a silicide grain on the silicide layer, a silicide layer and a silicon layer in contact with the silicide grain, and the silicon layer includes a dome-shaped silicon structure. The film thickness of the silicide layer is 100 nm or more, and the grain size of the silicide grains is a semiconductor film of 50 nm or more.

また、本発明の一態様は、同一基板上に、上記に記載したいずれかの半導体膜を有する第1の領域と、上記金属を含む金属層と、当該金属層上に絶縁層と、当該絶縁層上に第2のシリコン層とを有する第2の領域とを有し、第1の領域の有するシリコン層と、第2のシリコン層とは連続する、半導体膜である。   One embodiment of the present invention includes a first region including any of the semiconductor films described above over the same substrate, a metal layer including the metal, an insulating layer over the metal layer, and the insulating layer. The semiconductor layer includes a second region having a second silicon layer over the layer, and the silicon layer in the first region and the second silicon layer are continuous.

金属層を覆う絶縁層を形成し、当該絶縁層を金属層が露出するように選択的に開口し、当該開口部にのみシリコン構造物を有するシリコン層を形成することができる。このように、選択的にシリコン構造物を形成することにより、基板面内における当該シリコン構造物の密度を任意に制御することが出来る。このように密度が制御されたシリコン構造物を蓄電装置の電極の活物質に用いることにより、充放電の際の体積膨張によるシリコン構造物同士の干渉や接触による破壊を抑制し、信頼性の高い蓄電装置とすることが出来る。   An insulating layer covering the metal layer is formed, the insulating layer is selectively opened so that the metal layer is exposed, and a silicon layer having a silicon structure can be formed only in the opening. In this manner, by selectively forming the silicon structure, the density of the silicon structure in the substrate surface can be arbitrarily controlled. By using the silicon structure whose density is controlled in this way as the active material of the electrode of the power storage device, the silicon structure is prevented from interfering with each other due to volume expansion at the time of charge and discharge, and destruction due to contact is highly reliable. A power storage device can be obtained.

また、本発明の一態様は、上記に示す各々の半導体膜において、シリサイド層及びシリサイド粒はチタンを含む。   In one embodiment of the present invention, in each of the semiconductor films described above, the silicide layer and the silicide grain include titanium.

また、本発明の一態様は、金属膜の表面に、当該金属を含むシリサイド層を形成すると共に、シリサイド層の一部をシリサイド粒に変成し、シリサイド層上にシリコン構造物を含むシリコン層を形成する。また、シリサイド層の厚みにより、シリコン構造物の形状が制御される、半導体膜の作製方法である。   Further, according to one embodiment of the present invention, a silicide layer containing the metal is formed on the surface of the metal film, and part of the silicide layer is transformed into silicide grains, and a silicon layer containing a silicon structure is formed on the silicide layer. Form. In addition, a method for manufacturing a semiconductor film, in which the shape of the silicon structure is controlled by the thickness of the silicide layer.

また、本発明の一態様は、金属膜の表面に、当該金属を含むシリサイド層を形成すると共に、シリサイド層の一部をシリサイド粒に変成し、シリサイド層上に、針状のシリコン構造物を含むシリコン層を形成する。また当該シリサイド層の厚みは、1nm以上100nm未満とし、シリサイド粒の粒径は、1nm以上50nm未満とする、半導体膜の作製方法である。   Further, according to one embodiment of the present invention, a silicide layer containing the metal is formed on the surface of the metal film, and part of the silicide layer is transformed into silicide grains, and a needle-like silicon structure is formed on the silicide layer. A silicon layer is formed. Further, the thickness of the silicide layer is 1 nm or more and less than 100 nm, and the size of the silicide grain is 1 nm or more and less than 50 nm.

また、本発明の一態様は、金属膜の表面に、当該金属を含むシリサイド層を形成すると共に、シリサイド層の一部をシリサイド粒に変成し、シリサイド層上に、ドーム状のシリコン構造物を含むシリコン層を形成する。また当該シリサイド層の厚みは、100nm以上とし、シリサイド粒の粒径は、50nm以上とする、半導体膜の作製方法である。   Further, according to one embodiment of the present invention, a silicide layer containing the metal is formed on the surface of the metal film, and part of the silicide layer is transformed into silicide grains, and a dome-shaped silicon structure is formed on the silicide layer. A silicon layer is formed. In addition, a method for manufacturing a semiconductor film in which the thickness of the silicide layer is 100 nm or more and the grain size of the silicide grains is 50 nm or more.

また、本発明の一態様は、上記に示す各々の半導体膜の作製方法において、シリサイド層及びシリサイド粒はチタンを含む。   In addition, according to one embodiment of the present invention, in each method for manufacturing a semiconductor film described above, the silicide layer and the silicide grain include titanium.

また、本発明の一態様は、上記半導体膜を有する、蓄電装置である。   Another embodiment of the present invention is a power storage device including the above semiconductor film.

本発明の微小構造物を有する半導体膜を蓄電装置に適用することにより、充放電容量が向上した蓄電装置とすることが出来る。   By applying the semiconductor film having a microstructure of the present invention to a power storage device, a power storage device with improved charge / discharge capacity can be obtained.

なお、本明細書等において半導体膜とは、半導体としての性質を有する膜、及び半導体としての性質を有する膜を含む積層膜のことを言う。例えば、半導体の性質を有する膜に、金属膜や絶縁膜が積層された積層膜であっても半導体膜と表記する。   Note that a semiconductor film in this specification and the like refers to a stacked film including a film having properties as a semiconductor and a film having properties as a semiconductor. For example, a stacked film in which a metal film or an insulating film is stacked over a film having semiconductor properties is referred to as a semiconductor film.

なお、本明細書等において粒の粒径とは、当該粒のあらゆる断面に対し、最も長くなる2点間の距離と定義する。   In addition, in this specification etc., the particle size of a grain is defined as the distance between two points that is the longest for every cross section of the grain.

なお、本明細書等において、シリコンからなる微小構造物のうち、針状(棒状、枝状のものもを含む)の形状を示すものについては、針状のシリコン構造物、針状のシリコンウィスカ、またはシリコンウィスカと表記する。一方、ドーム状(半球状、先端が半球状である柱状のものも含む)の形状を示すものについては、ドーム状のシリコン構造物と表記する。なお、これらをまとめてシリコン構造物と表記する場合もある。   In this specification and the like, among the microstructures made of silicon, those showing a needle-like shape (including rod-like and branch-like ones) are referred to as needle-like silicon structures, needle-like silicon whiskers. Or silicon whisker. On the other hand, what shows a dome-like shape (including a hemispherical shape and a columnar shape having a hemispherical tip) is referred to as a dome-shaped silicon structure. These may be collectively referred to as a silicon structure.

本発明によれば、高密度に集積化されたシリコンの微小構造物を有する半導体膜、及びその作製方法を提供できる。また、密度が制御されたシリコンの微小構造物を有する半導体膜、及びその作製方法を提供できる。また、充放電容量が向上した蓄電装置を提供できる。   According to the present invention, a semiconductor film having a silicon microstructure integrated at high density and a method for manufacturing the semiconductor film can be provided. Further, a semiconductor film having a silicon microstructure whose density is controlled and a manufacturing method thereof can be provided. In addition, a power storage device with improved charge / discharge capacity can be provided.

実施の形態に係る半導体膜を説明する図。10A and 10B illustrate a semiconductor film according to an embodiment. 実施の形態に係る半導体膜の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor film according to an embodiment. 実施の形態に係る半導体膜の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor film according to an embodiment. 実施の形態に係る半導体膜を説明する図。10A and 10B illustrate a semiconductor film according to an embodiment. 実施の形態に係る半導体膜の作製方法を説明する図。8A to 8D illustrate a method for manufacturing a semiconductor film according to an embodiment. 実施の形態に係る蓄電装置を説明する図。6A and 6B illustrate a power storage device according to an embodiment. 実施の形態に係る電動自転車を説明する図。The figure explaining the electric bicycle which concerns on embodiment. 実施の形態に係る電気自動車を説明する図。FIG. 6 illustrates an electric vehicle according to an embodiment. 実施例1に係る半導体膜のSEM観察像。3 is an SEM observation image of the semiconductor film according to Example 1. 実施例1に係る半導体膜のSTEM観察像。3 is an STEM observation image of the semiconductor film according to Example 1. 実施例2に係る半導体膜のSTEM観察像。4 is an STEM observation image of a semiconductor film according to Example 2. 実施例2に係る半導体膜の電子線回折像。4 is an electron diffraction image of a semiconductor film according to Example 2. FIG.

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。   Embodiments will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following description, and it is easily understood by those skilled in the art that modes and details can be variously changed without departing from the spirit and scope of the present invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited to the description of the embodiments below. Note that in structures of the invention described below, the same portions or portions having similar functions are denoted by the same reference numerals in different drawings, and description thereof is not repeated.

なお、本明細書で説明する各図において、各構成の大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。   Note that in each drawing described in this specification, the size, the layer thickness, or the region of each component is exaggerated for simplicity in some cases. Therefore, it is not necessarily limited to the scale.

(実施の形態1)
本実施の形態では、本発明の一態様であるシリコン構造物を有する半導体膜と、その作製方法について図1乃至図4を用いて説明する。
(Embodiment 1)
In this embodiment, a semiconductor film including a silicon structure which is one embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

≪半導体膜の構成例≫
図1(A)は、本実施の形態で例示する、針状のシリコンウィスカを有する半導体膜の断面概略図である。
≪Example of semiconductor film configuration≫
FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a semiconductor film having needle-like silicon whiskers, which is exemplified in this embodiment.

本発明の一態様である半導体膜は、基板101上に形成され、シリサイド層103と、シリサイド層103上に微小なシリサイド粒105と、シリサイド層103及びシリサイド粒105に接し、且つこれらを覆うシリコン層107とを有する。シリコン層107は針状のシリコンウィスカ111及び113を有する。   The semiconductor film which is one embodiment of the present invention is formed over the substrate 101 and includes a silicide layer 103, minute silicide grains 105 on the silicide layer 103, and silicon in contact with and covering the silicide layers 103 and 105. Layer 107. The silicon layer 107 has needle-like silicon whiskers 111 and 113.

シリサイド層103は、後に説明する金属層109を構成する金属とシリコンとが反応したシリサイドで構成される。また、シリサイド粒105も同様の構成元素から構成される。なお、シリサイド層103と、シリサイド粒105とは、構成元素は同じであるが、それぞれ異なる組成や結晶構造を有していても良い。   The silicide layer 103 is made of silicide obtained by reacting a metal constituting a metal layer 109 described later with silicon. The silicide grains 105 are also composed of similar constituent elements. The silicide layer 103 and the silicide grain 105 have the same constituent elements, but may have different compositions and crystal structures.

図1(A)には、針状のシリコンウィスカ111の長軸方向に沿った断面と、針状のシリコンウィスカ113の長軸方向に概略垂直方向に沿った断面を示している。なお、シリコン層107と、シリコンウィスカ111及び113との境界は明瞭でないため、図中には明示していない。   FIG. 1A shows a cross section along the major axis direction of the needle-shaped silicon whisker 111 and a cross section along a direction substantially perpendicular to the major axis direction of the needle-shaped silicon whisker 113. Note that the boundary between the silicon layer 107 and the silicon whiskers 111 and 113 is not clear and is not clearly shown in the drawing.

シリコン層107、並びに針状のシリコンウィスカ111及び113は結晶性を有する。また、針状のシリコンウィスカ111及び113は、長軸方向に一軸配向性を有していてもよい。   The silicon layer 107 and the needle-like silicon whiskers 111 and 113 have crystallinity. Needle-like silicon whiskers 111 and 113 may have uniaxial orientation in the major axis direction.

ここで、図1(A)中の破線で囲ったシリコン層107とシリサイド層103との境界付近における、シリサイド粒105を含む領域について、拡大した図を図1(B)に示す。   Here, FIG. 1B shows an enlarged view of a region including the silicide grains 105 in the vicinity of the boundary between the silicon layer 107 and the silicide layer 103 surrounded by a broken line in FIG.

シリサイド層103の表面は凹凸形状を有し、当該表面近傍に、若しくは表面に近接して、多数のシリサイド粒105が存在する。   The surface of the silicide layer 103 has an uneven shape, and a large number of silicide grains 105 exist in the vicinity of the surface or in the vicinity of the surface.

シリサイド層103の膜厚は、1nm以上100nm未満、好ましくは1nm以上50nm未満である。   The thickness of the silicide layer 103 is 1 nm or more and less than 100 nm, preferably 1 nm or more and less than 50 nm.

また、シリサイド粒105の形状は粒状であれば特に限定されず、球状、楕円体などを含む。また、その粒径は、1nm以上50nm未満である。ここで、本明細書等においてシリサイド粒の粒径とは、シリサイド粒のあらゆる断面に対し、最も長くなる2点間の距離である。   The shape of the silicide grain 105 is not particularly limited as long as it is granular, and includes a spherical shape, an ellipsoid, and the like. Moreover, the particle size is 1 nm or more and less than 50 nm. Here, in this specification and the like, the grain size of a silicide grain is a distance between two points that is the longest with respect to every cross section of the silicide grain.

ここで、シリサイド層103及びシリサイド粒105の組成について触れておく。これらを構成するシリサイドは、シリサイド層103、またはシリサイド粒105の内部に渡って均一な組成を必ずしも有していない。シリサイド層103では、シリコン層107との界面に近いほど、含まれるシリコンの割合が高くなる傾向がある。また、シリサイド粒105の組成は、シリサイド層103のシリコン層107との界面に近い領域の組成と同様、シリコンの割合の高い(シリコンリッチな)シリサイドから構成される。一方、シリサイド層103において膜厚方向に深い箇所では、シリコンの割合の低いシリサイドで構成されており、作製条件によってはシリサイド化されていない金属が残留している場合がある。   Here, the composition of the silicide layer 103 and the silicide grains 105 will be described. The silicide constituting them does not necessarily have a uniform composition across the silicide layer 103 or the silicide grains 105. In the silicide layer 103, the closer to the interface with the silicon layer 107, the higher the proportion of silicon contained. The composition of the silicide grains 105 is composed of silicide with a high silicon ratio (silicon-rich), similar to the composition of the silicide layer 103 near the interface with the silicon layer 107. On the other hand, in a portion deep in the film thickness direction in the silicide layer 103, the silicide layer 103 is composed of silicide with a low ratio of silicon, and metal that is not silicided may remain depending on manufacturing conditions.

≪半導体膜の作製方法≫
次に、針状のシリコンウィスカを有する半導体膜の作製方法について、図2を用いて説明する。
≪Method for manufacturing semiconductor film≫
Next, a method for manufacturing a semiconductor film having needle-like silicon whiskers will be described with reference to FIGS.

まず、基板101上に金属層109を形成する。   First, the metal layer 109 is formed on the substrate 101.

基板101には、後の工程の処理温度に耐えうる基板を用いる。例えばガラス基板、石英基板、セラミック基板、半導体基板、若しくは金属からなる基板を用いることができる。蓄電装置の電極として用いる場合は、金属からなる基板を用いることが好ましい。また、基板101は箔状、板状、網状の形状を有していても良い。   As the substrate 101, a substrate that can withstand a processing temperature in a later process is used. For example, a glass substrate, a quartz substrate, a ceramic substrate, a semiconductor substrate, or a substrate made of metal can be used. When used as an electrode of a power storage device, it is preferable to use a substrate made of metal. The substrate 101 may have a foil shape, a plate shape, or a net shape.

金属層109には、シリコンと反応し、シリサイドを形成する金属を用いる。シリサイドを形成する金属としては、例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)、ジルコニウム(Zr)、ハフニウム(Hf)、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)等が挙げられる。特に比較的シリコンに対する拡散係数の小さいチタンを用いると、シリサイド層の膜厚の制御性を高めることが出来るため好ましい。本実施の形態では、金属層109に用いる金属としてチタンを用いる。   For the metal layer 109, a metal that reacts with silicon to form silicide is used. Examples of metals that form silicide include titanium (Ti), nickel (Ni), cobalt (Co), zirconium (Zr), hafnium (Hf), vanadium (V), niobium (Nb), tantalum (Ta), and chromium. (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), etc. are mentioned. In particular, it is preferable to use titanium having a relatively small diffusion coefficient with respect to silicon because the controllability of the thickness of the silicide layer can be improved. In this embodiment mode, titanium is used as a metal used for the metal layer 109.

金属層109の形成は、印刷法、ゾルゲル法、塗布法、インクジェット法、スパッタリング法、蒸着法等を適宜用いて形成することができる。   The metal layer 109 can be formed using a printing method, a sol-gel method, a coating method, an inkjet method, a sputtering method, a vapor deposition method, or the like as appropriate.

金属層109は、後にシリコンと反応してシリサイド層を形成する。金属層109の膜厚は、金属層109が全てシリコンと反応した後のシリサイド層の膜厚が1nm以上100nm未満、好ましくは1nm以上50nm未満となるように、適宜設定する。   The metal layer 109 later reacts with silicon to form a silicide layer. The thickness of the metal layer 109 is appropriately set so that the thickness of the silicide layer after the metal layer 109 has reacted with silicon is 1 nm to less than 100 nm, preferably 1 nm to less than 50 nm.

本実施の形態では、金属層109として、膜厚10nmのチタン膜をスパッタリング法により形成する(図2(A)参照)。   In this embodiment, a titanium film with a thickness of 10 nm is formed as the metal layer 109 by a sputtering method (see FIG. 2A).

続いて、金属層109を構成する金属元素とシリコンとが反応し、シリサイド層が形成されるように、シリコンを成膜する。当該成膜方法はLPCVD法、PECVD法などの各種堆積方法を適宜用いることができる。例えばPECVD法を用いる場合は、13.56MHz乃至2.45GHzの範囲のRF電源周波数を用いて、金属層109を構成する金属元素とシリコンとが反応し、所望のシリサイド膜厚が形成されるよう、基板温度、圧力、ガス流量、RF電源電力等を適宜調整すればよい。   Subsequently, silicon is deposited so that a metal element constituting the metal layer 109 reacts with silicon to form a silicide layer. As the film formation method, various deposition methods such as an LPCVD method and a PECVD method can be used as appropriate. For example, when the PECVD method is used, the metal element constituting the metal layer 109 reacts with silicon using an RF power supply frequency in the range of 13.56 MHz to 2.45 GHz so that a desired silicide film thickness is formed. The substrate temperature, pressure, gas flow rate, RF power supply power and the like may be adjusted as appropriate.

本実施の形態では、LPCVD法を用いてシリコンを成膜する。成膜はシリコンを含む堆積性ガスを含む原料ガスを供給し、500℃より高い温度で且つ装置および基板101が耐えうる温度以下、好ましくは580℃以上650℃未満の温度で行えばよい。また圧力は原料ガスを流して保持できる下限以上(例えば5Pa以上)1000Pa以下、好ましくは5Pa以上200Pa以下とする。   In this embodiment mode, silicon is formed using an LPCVD method. The film formation may be performed by supplying a source gas containing a deposition gas containing silicon and at a temperature higher than 500 ° C. and lower than a temperature that the apparatus and the substrate 101 can withstand, preferably 580 ° C. or higher and lower than 650 ° C. The pressure is not less than the lower limit (for example, not less than 5 Pa) and not more than 1000 Pa, preferably not less than 5 Pa and not more than 200 Pa, by allowing the raw material gas to flow.

上記シリコンを含む堆積性ガスとしては、水素化珪素ガス、フッ化珪素ガス、または塩化珪素ガスがあり、代表的にはSiH、Si、SiF、SiCl、SiCl等がある。なお、上記ガスに水素を導入しても良い。また、原料ガスにヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン等の希ガス、または窒素を混合しても良い。 Examples of the deposition gas containing silicon include silicon hydride gas, silicon fluoride gas, and silicon chloride gas. Typically, SiH 4 , Si 2 H 6 , SiF 4 , SiCl 4 , Si 2 Cl 6, and the like. There is. Note that hydrogen may be introduced into the gas. Further, a rare gas such as helium, neon, argon, xenon, or nitrogen may be mixed with the source gas.

また、原料ガスにリン、ボロンなどのシリコンに一導電型を付与する不純物元素を含むガスを混合しても良い。リン、ボロンなどの一導電型を付与する不純物元素が添加されたシリコンをシリコン層、及びシリコン構造物に用いることにより、これらの導電性を高めることが出来る。これを蓄電装置の電極の活物質に用いることにより充放電特性をさらに高めることが出来る。   Further, a gas containing an impurity element imparting one conductivity type to silicon such as phosphorus or boron may be mixed with the source gas. By using silicon to which an impurity element imparting one conductivity type such as phosphorus or boron is added for the silicon layer and the silicon structure, the conductivity can be increased. By using this for the active material of the electrode of the power storage device, the charge / discharge characteristics can be further enhanced.

なお、LPCVD法の温度、圧力、時間、ガス流量等は、金属層109を構成する金属とシリコンとが反応し、シリサイドを形成するよう適宜調整する。本実施の形態では、原料ガスにSiHと窒素の混合ガスを用い、20Pa、600℃で1時間保持するよう成膜を行う。 Note that the temperature, pressure, time, gas flow rate, and the like of the LPCVD method are adjusted as appropriate so that the metal forming the metal layer 109 reacts with silicon to form silicide. In this embodiment mode, film formation is performed using a mixed gas of SiH 4 and nitrogen as a source gas and holding at 20 Pa and 600 ° C. for 1 hour.

LPCVD法により、金属層109を構成する金属とシリコンとが反応し、シリサイド層103が形成される。本実施の形態では、金属層109を構成する金属がほぼ全層に渡ってシリサイド反応し、シリサイド層103になる。ここで、条件によってはシリサイド層103の下部にシリサイド化していない金属層が残る場合もある。   By the LPCVD method, the metal constituting the metal layer 109 and silicon react to form the silicide layer 103. In the present embodiment, the metal constituting the metal layer 109 undergoes a silicidation reaction across almost the entire layer to form the silicide layer 103. Here, depending on conditions, a non-silicided metal layer may remain under the silicide layer 103.

シリサイド層103の表面には凹凸形状が形成され、さらにシリサイド層103の表面近傍、又は表面に近接して複数のシリサイド粒105が形成される。シリサイド粒105の粒径はシリサイド層103の膜厚に応じて大きくなるが、1nm以上100nm未満、好ましくは1nm以上50nm未満である。   An uneven shape is formed on the surface of the silicide layer 103, and a plurality of silicide grains 105 are formed in the vicinity of the surface of the silicide layer 103 or close to the surface. The grain size of the silicide grains 105 increases with the thickness of the silicide layer 103, but is 1 nm or more and less than 100 nm, preferably 1 nm or more and less than 50 nm.

金属層109を構成する金属がシリサイド化する際、その体積膨張により圧縮応力が発生する。この圧縮応力は形成されるシリサイドの膜厚が薄い場合、膜厚方向に緩和させることが出来ずにシリサイド層表面に向かって集中する。その結果、シリサイド層表面の凹凸形状の起伏が激しくなる。したがって、シリサイド層表面の凸部から分離したシリサイド粒は極めて微小なものとすることができる。   When the metal constituting the metal layer 109 is silicided, compressive stress is generated due to its volume expansion. This compressive stress is concentrated toward the surface of the silicide layer without being able to be relaxed in the film thickness direction when the thickness of the formed silicide is thin. As a result, the unevenness on the surface of the silicide layer becomes severe. Therefore, the silicide grains separated from the protrusions on the surface of the silicide layer can be made extremely minute.

また、このようにして形成されたシリサイド粒は、1μm当たり十個乃至数百個程度とすることが出来る。シリコンの成膜条件にもよるが、針状のシリコンウィスカの断面積はおおよそ数百nm乃至数百μm程度であることを考慮すると、針状のシリコンウィスカの成長核となるシリサイド粒は極めて高密度に分布する。従って、針状のシリコンウィスカを極めて高密度に形成することが可能となる。 Further, the number of silicide grains formed in this way can be about 10 to several hundred per 1 μm 2 . Considering that the cross-sectional area of the acicular silicon whisker is about several hundred nm 2 to several hundred μm 2 , although depending on the silicon film formation conditions, the silicide grains serving as the growth nuclei of the acicular silicon whisker are It is very densely distributed. Therefore, it becomes possible to form needle-like silicon whiskers with extremely high density.

また、シリサイド層103及び複数のシリサイド粒105に接して覆う、シリコン層107、及び複数の針状のシリコンウィスカ(シリコンウィスカ115、117及び119)が形成される(図2(B))。   In addition, a silicon layer 107 and a plurality of needle-shaped silicon whiskers (silicon whiskers 115, 117, and 119) are formed to cover the silicide layer 103 and the plurality of silicide grains 105 (FIG. 2B).

針状のシリコンウィスカは、シリサイド粒105を核として成長する。シリサイド粒105の径が小さいほど、シリコンウィスカの形状は針状になりやすい。また、シリコン層107の表面には針状のシリコンウィスカのほかに、凸部が混在して形成されることがある。   The acicular silicon whisker grows with the silicide grains 105 as nuclei. As the diameter of the silicide grain 105 is smaller, the shape of the silicon whisker tends to be needle-like. In addition to the needle-like silicon whisker, the surface of the silicon layer 107 may be formed with convex portions.

以上の工程により、基板101上に極めて高密度に針状のシリコンウィスカを有する半導体膜を形成することができる。またこのような工程を経て形成された半導体膜は、シリサイド層103の表面近傍、又は表面に近接してシリサイド粒105を有し、シリサイド層103の膜厚が1nm以上100nm未満、好ましくは1nm以上50nm未満であり、シリサイド粒105の粒径が1nm以上50nm未満であることを特徴としている。   Through the above steps, a semiconductor film having acicular silicon whiskers can be formed on the substrate 101 with extremely high density. Further, the semiconductor film formed through such a process has silicide grains 105 in the vicinity of the surface of the silicide layer 103 or close to the surface, and the thickness of the silicide layer 103 is 1 nm or more and less than 100 nm, preferably 1 nm or more. It is less than 50 nm, and the grain size of the silicide grains 105 is 1 nm or more and less than 50 nm.

以上のように、本発明の作製方法によれば、極めて高密度に針状のシリコンウィスカを有する半導体膜を形成することができる。また、このような極めて高密度な針状のシリコンウィスカを有する半導体膜を、蓄電装置の電極の活物質として用いることにより、充放電容量が向上した蓄電装置とすることが可能となる。   As described above, according to the manufacturing method of the present invention, a semiconductor film having acicular silicon whiskers can be formed at an extremely high density. In addition, by using such a semiconductor film having extremely high-density needle-like silicon whiskers as an active material of an electrode of a power storage device, a power storage device with improved charge / discharge capacity can be obtained.

≪変形例1≫
次に、上記とは異なる構成の、針状のシリコンウィスカを有する半導体膜とその作製方法について、図3を用いて説明する。
<< Modification 1 >>
Next, a semiconductor film having a needle-like silicon whisker structure different from the above and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

図3(B)に示す針状のシリコンウィスカを有する半導体膜は、金属からなる基板121の表面近傍がシリサイド化されたシリサイド層123を有し、シリサイド層123の表面近傍、又は表面に近接して多数のシリサイド粒125を有する。さらにシリサイド層123及び多数のシリサイド粒125に接して覆う、複数の針状のシリコンウィスカ(シリコンウィスカ131、133、及び135)を有するシリコン層127を有する。   The semiconductor film having needle-like silicon whiskers shown in FIG. 3B has a silicide layer 123 in which the vicinity of the surface of the substrate 121 made of metal is silicided, and is near or close to the surface of the silicide layer 123. A large number of silicide grains 125. Further, a silicon layer 127 having a plurality of needle-like silicon whiskers (silicon whiskers 131, 133, and 135) that covers and contacts the silicide layer 123 and the many silicide grains 125 is provided.

図3(B)に示す針状のシリコンウィスカを有する半導体膜の構成は、金属からなる基板121の表面近傍がシリサイド化されたシリサイド層123を有する点で、上記の構成と異なる。なお、ここでは上記と異なる点について詳細を説明するが、共通する部分については詳細な説明は省略する。   The structure of the semiconductor film having needle-like silicon whiskers shown in FIG. 3B is different from the above structure in that the vicinity of the surface of the substrate 121 made of metal has a silicide layer 123 that is silicided. Note that the details of the differences from the above will be described here, but detailed descriptions of the common parts are omitted.

基板121には、シリコンと反応し、シリサイドを形成する金属を用いる。シリサイドを形成する金属としては、上記金属層109に用いる金属と同様なものを用いることができる。本実施の形態では基板121を構成する金属としてチタンを用いる。   For the substrate 121, a metal that reacts with silicon to form silicide is used. As a metal for forming silicide, the same metal as that used for the metal layer 109 can be used. In this embodiment mode, titanium is used as a metal constituting the substrate 121.

基板121の表面近傍は、基板121を構成する金属とシリコンとが反応したシリサイド層123が形成されている。シリサイド層123の膜厚は、上記シリサイド層103と同様、1nm以上100nm未満、好ましくは1nm以上50nm未満である。   In the vicinity of the surface of the substrate 121, a silicide layer 123 in which a metal constituting the substrate 121 and silicon are reacted is formed. The thickness of the silicide layer 123 is 1 nm or more and less than 100 nm, preferably 1 nm or more and less than 50 nm, like the silicide layer 103.

また、シリサイド層123の表面近傍、または表面に近接して多数のシリサイド粒125を有する。シリサイド粒125は上記シリサイド粒105と同様の特徴を有している。   In addition, the silicide layer 123 has a large number of silicide grains 125 in the vicinity of or in the vicinity of the surface of the silicide layer 123. The silicide grains 125 have the same characteristics as the silicide grains 105.

なお、シリサイド層123及びシリサイド粒125の組成は、上記と同様、必ずしも均一な組成を有しておらず、シリコン層127との界面に近いほど、シリコンリッチな組成を示す。   Note that the composition of the silicide layer 123 and the silicide grain 125 does not necessarily have a uniform composition as described above, and the closer to the interface with the silicon layer 127, the more rich the silicon composition.

作製方法としては、まず金属からなる基板121を準備する(図3(A))。続いて基板121に対して直接、シリコンの成膜を行えばよい。その際、基板121の表面に形成されるシリサイド層123の膜厚が1nm以上100nm未満、好ましくは1nm以上50nm未満となるような条件で成膜を行うことにより、図3(B)に示したような、シリコン層127及び複数の針状のシリコンウィスカ(シリコンウィスカ131、133及び135)を形成することができる。   As a manufacturing method, first, a substrate 121 made of metal is prepared (FIG. 3A). Subsequently, silicon may be directly deposited on the substrate 121. At that time, the film formation is performed under such a condition that the thickness of the silicide layer 123 formed on the surface of the substrate 121 is 1 nm or more and less than 100 nm, preferably 1 nm or more and less than 50 nm, as shown in FIG. Such a silicon layer 127 and a plurality of needle-like silicon whiskers (silicon whiskers 131, 133, and 135) can be formed.

≪変形例2≫
上記で示した針状のシリコンウィスカの作製方法に対し、シリコンと反応して形成されるシリサイド層の膜厚が100nm以上の厚膜となるよう形成し、シリサイド粒の粒径を50nm以上とすることにより、針状のシリコンウィスカとは異なる形状のシリコン微小構造物を作製することが出来る。
<< Modification 2 >>
In contrast to the needle-shaped silicon whisker manufacturing method described above, the silicide layer formed by reacting with silicon is formed to have a thickness of 100 nm or more, and the silicide grain size is set to 50 nm or more. Thus, a silicon microstructure having a shape different from that of the needle-like silicon whisker can be manufactured.

図4に本発明の一態様である、基板101上に形成されたシリコン構造物を有する半導体膜の断面概略図を示す。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor film having a silicon structure formed over a substrate 101, which is one embodiment of the present invention.

図4に示すドーム状のシリコン構造物を有する半導体膜は、基板101上に金属層149と、金属層149の表面近傍がシリサイド化されたシリサイド層143を有し、シリサイド層143の表面近傍、又は表面に近接して多数のシリサイド粒145を有する。さらにシリサイド層143及び多数のシリサイド粒145に接して覆う、複数のドーム状のシリコン構造物(シリコン構造物151乃至154)を有するシリコン層147を有する。   A semiconductor film having a dome-shaped silicon structure illustrated in FIG. 4 includes a metal layer 149 and a silicide layer 143 in which the vicinity of the surface of the metal layer 149 is silicided on the substrate 101, and the vicinity of the surface of the silicide layer 143. Alternatively, a large number of silicide grains 145 are provided close to the surface. Further, a silicon layer 147 having a plurality of dome-like silicon structures (silicon structures 151 to 154) covering and covering the silicide layer 143 and the many silicide grains 145 is provided.

複数のシリコン構造物151乃至154はドーム状(半球状、先端が半球状の柱状を含む)の形状を有し、結晶性を有する、シリコンからなる微小構造物である。シリコン構造物151乃至154は、上記針状のシリコンウィスカと同様、シリコン層147とは明瞭な境界はみられない。   The plurality of silicon structures 151 to 154 are micro structures having a dome shape (including a hemispherical shape, including a hemispherical columnar shape at the tip) and having crystallinity. Similar to the needle-shaped silicon whisker, the silicon structures 151 to 154 do not have a clear boundary with the silicon layer 147.

シリサイド層143は100nm以上の膜厚を有し、その表面近傍に、又は近接して、多数のシリサイド粒145を有する。シリサイド粒145の粒径は50nm以上である。   The silicide layer 143 has a film thickness of 100 nm or more, and has a large number of silicide grains 145 near or close to the surface thereof. The particle diameter of the silicide grains 145 is 50 nm or more.

なお、シリサイド層143及びシリサイド粒145の組成は、上記と同様、必ずしも均一な組成を有しておらず、シリコン層147との界面に近いほど、シリコンリッチな組成を示す。   Note that the composition of the silicide layer 143 and the silicide grains 145 does not necessarily have a uniform composition as described above, and the closer to the interface with the silicon layer 147, the more rich the silicon composition.

また、図4には、基板101とシリサイド層143との間に、シリコンとは反応せずに残留している金属層149を示している。金属層149は、シリコンの成膜工程を経る前の成膜膜厚や、シリコンの成膜条件などによって全てシリサイド層143となる場合もある。   FIG. 4 shows a metal layer 149 that remains between the substrate 101 and the silicide layer 143 without reacting with silicon. The metal layer 149 may be a silicide layer 143 depending on the film thickness before the silicon film formation process, the silicon film formation conditions, and the like.

このようなドーム状の形状を有するシリコン構造物151乃至154を形成するには、実施の形態1で示した工程において、まず基板上に形成する金属層の膜厚を、シリサイド反応した後のシリサイド層の膜厚が100nm以上になる膜厚として成膜を行う。その後、シリサイド層の膜厚が100nm以上となるように、シリコン層147を成膜することにより、シリコン構造物151乃至154を形成することができる。   In order to form the silicon structures 151 to 154 having such a dome shape, in the step shown in Embodiment Mode 1, first, the thickness of the metal layer formed on the substrate is changed to silicide after the silicide reaction. Film formation is performed with a film thickness of 100 nm or more. After that, the silicon structures 151 to 154 can be formed by forming the silicon layer 147 so that the thickness of the silicide layer is 100 nm or more.

シリコンの成膜時、シリサイド反応が膜厚方向に(金属層に向かって)深く進むと、体積膨張によって生じる圧縮応力は膜厚方向に緩和される。その結果シリサイド層表面の凹凸形状の起伏が緩やかになり、凸部から分離したシリサイド粒の粒径が大きくなる。大きなシリサイド粒が起点となって成長したシリコン構造物の形状は、針状ではなくドーム状(半球状)となりやすい。このような方法によって作製されたドーム状(半球状)のシリコン構造物を有する半導体膜は、シリコン層とシリサイド層との界面付近に大きなシリサイド粒を有する。シリサイド粒の粒径は50nm以上である。   When the silicide reaction proceeds deeply in the film thickness direction (toward the metal layer) during the film formation of silicon, the compressive stress caused by volume expansion is relaxed in the film thickness direction. As a result, the undulations of the concavo-convex shape on the surface of the silicide layer become gentle, and the grain size of the silicide grains separated from the convex portion becomes large. The shape of the silicon structure grown starting from large silicide grains tends to be a dome shape (hemisphere) instead of a needle shape. A semiconductor film having a dome-shaped (hemispherical) silicon structure manufactured by such a method has large silicide grains in the vicinity of the interface between the silicon layer and the silicide layer. The grain size of the silicide grains is 50 nm or more.

また、上記変形例1と同様に、シリサイドを形成する金属からなる基板上に、ドーム状のシリコン構造物を形成することもできる。   As in the first modification, a dome-shaped silicon structure can be formed on a substrate made of a metal that forms silicide.

このようなドーム状の形状のシリコン構造物を有する半導体膜は、通常のシリコン膜に比べて表面積の大きい半導体膜とすることが出来る。また、針状のシリコンウィスカに比べて、膜厚方向の高さが低い特徴から、これを例えば蓄電装置の電極の活物質に用いた場合でも、電極とセパレータとの距離を小さくできるため、極めて薄く、且つ充放電特性が改善された蓄電装置とすることが出来る。   A semiconductor film having such a dome-shaped silicon structure can be a semiconductor film having a larger surface area than a normal silicon film. In addition, since the height in the film thickness direction is lower than that of needle-shaped silicon whiskers, even when this is used, for example, as an active material of an electrode of a power storage device, the distance between the electrode and the separator can be reduced. A power storage device that is thin and has improved charge / discharge characteristics can be obtained.

なお、本実施の形態は、本明細書中に示す他の実施の形態及び実施例と、適宜組み合わせて実施することが出来る。   Note that this embodiment can be implemented in combination with any of the other embodiments and examples in this specification as appropriate.

(実施の形態2)
実施の形態1で示したように、本発明の一態様の、針状のシリコンウィスカを有する半導体膜の作製方法を用いると極めて高密度に針状のシリコンウィスカを形成することができる。しかし、このような極めて高密度に形成された針状のシリコンウィスカを、蓄電装置の電極の活物質に用いると不具合が生じる場合がある。例えば、リチウムイオン蓄電装置の場合、充放電の際に活物質にリチウムイオンが取り込まれる際に、活物質は体積膨張を起こす。本発明の一態様である、極めて高密度に形成された針状のシリコンウィスカを活物質に用いると、この体積膨張によって針状のシリコンウィスカ同士が干渉、接触し、折れてしまう危険性が生じる。
したがって本実施の形態では、密度が制御された、針状のシリコンウィスカを有する半導体膜とその作製方法について説明する。
(Embodiment 2)
As described in Embodiment 1, when a method for manufacturing a semiconductor film having acicular silicon whiskers according to one embodiment of the present invention is used, acicular silicon whiskers can be formed with extremely high density. However, when such a needle-shaped silicon whisker formed with a very high density is used as an active material of an electrode of a power storage device, a problem may occur. For example, in the case of a lithium ion power storage device, the active material undergoes volume expansion when lithium ions are taken into the active material during charging and discharging. When the needle-shaped silicon whisker formed at an extremely high density, which is one embodiment of the present invention, is used as an active material, there is a risk that the needle-shaped silicon whisker interferes with each other due to the volume expansion and is broken. .
Therefore, in this embodiment, a semiconductor film having needle-shaped silicon whiskers with controlled density and a manufacturing method thereof will be described.

図5(C)に、本実施の形態で例示する、選択的に形成された針状のシリコンウィスカを有する半導体膜の断面概略図を示す。   FIG. 5C is a schematic cross-sectional view of a semiconductor film having selectively formed needle-like silicon whiskers, which is exemplified in this embodiment.

本実施の形態で例示する半導体膜は、基板101上に金属層171を有し、金属層171上に接し、開口部を有する絶縁層175を有する。絶縁層175の開口部には、金属層171を構成する金属元素とシリコンとが反応したシリサイドからなるシリサイド層163を有し、シリサイド層163の表面近傍に、又は表面に近接して多数のシリサイド粒165を有する。さらに絶縁層175並びにシリサイド層163及びシリサイド粒165に接して覆う、複数の針状のシリコンウィスカ177及び178を有するシリコン層167を有する。シリコンウィスカ177及び178は、絶縁層175の開口部及びシリサイド層163と重畳して形成され、シリコン層167の絶縁層175と重畳する領域にはシリコンウィスカは形成されない。   The semiconductor film exemplified in this embodiment includes a metal layer 171 over the substrate 101, and an insulating layer 175 in contact with the metal layer 171 and having an opening. The opening of the insulating layer 175 has a silicide layer 163 made of silicide in which a metal element constituting the metal layer 171 reacts with silicon, and has a large number of silicides near or near the surface of the silicide layer 163. Having grains 165; Further, a silicon layer 167 having a plurality of needle-like silicon whiskers 177 and 178 covering and covering the insulating layer 175 and the silicide layer 163 and the silicide grains 165 is provided. The silicon whiskers 177 and 178 are formed so as to overlap with the opening of the insulating layer 175 and the silicide layer 163, and no silicon whisker is formed in a region overlapping the insulating layer 175 of the silicon layer 167.

基板101は、実施の形態1で示した基板を用いることができる。また、金属層171を構成する金属元素としても同様に、実施の形態1で示した金属を用いることができる。   As the substrate 101, the substrate described in Embodiment 1 can be used. Similarly, the metal described in Embodiment 1 can be used as a metal element included in the metal layer 171.

シリサイド層163は、金属層171を構成する金属元素と、シリコンとが反応したシリサイドからなる。また、シリサイド層163の表面近傍、または表面に近接して、多数のシリサイド粒165が散在している。シリサイド層163、及びシリサイド粒165は、実施の形態1で示したものと同様の特徴を有する。ここで、シリサイド層163の、外周部付近を除く領域での膜厚は1nm以上100nm未満であり、シリサイド粒165の粒径は1nm以上50nm未満である。   The silicide layer 163 is made of silicide in which a metal element constituting the metal layer 171 reacts with silicon. Further, a large number of silicide grains 165 are scattered in the vicinity of the surface of the silicide layer 163 or in the vicinity of the surface. The silicide layer 163 and the silicide grains 165 have the same characteristics as those described in the first embodiment. Here, the film thickness of the silicide layer 163 in the region excluding the vicinity of the outer peripheral portion is 1 nm or more and less than 100 nm, and the particle diameter of the silicide grain 165 is 1 nm or more and less than 50 nm.

なお図5(C)に示すように、シリサイド層163は、絶縁層175の開口部の外周部において、膜厚の厚い部分を有していていも良い。これは、シリサイド反応時の体積膨張における圧縮応力が、絶縁層175の開口部の外周部に集中することにより、形成されるシリサイドがこの部分で上部に向けて盛り上がる、またはシリサイド反応が膜厚方向に深く進行することに起因する。また、シリサイド層163は、開口部の外周部において絶縁層175の下部にも形成されていてもよい。   Note that as illustrated in FIG. 5C, the silicide layer 163 may have a thick portion at the outer periphery of the opening of the insulating layer 175. This is because the compressive stress in the volume expansion during the silicidation reaction concentrates on the outer periphery of the opening of the insulating layer 175, so that the silicide formed rises upward in this part, or the silicidation reaction is in the film thickness direction. Due to progressing deeply. The silicide layer 163 may also be formed below the insulating layer 175 in the outer peripheral portion of the opening.

シリコン層167は、絶縁層175、及びその開口部を覆うように形成されるが、針状のシリコンウィスカ177及び178は、絶縁層175の開口部にのみ形成される。したがって、針状のシリコンウィスカを形成する箇所にのみ、絶縁層175の開口部を設けることにより、選択的に針状のシリコンウィスカを形成することができ、基板面内における針状のシリコンウィスカの密度を任意に制御することが可能となる。   The silicon layer 167 is formed so as to cover the insulating layer 175 and its opening, but the needle-like silicon whiskers 177 and 178 are formed only in the opening of the insulating layer 175. Therefore, by providing the opening of the insulating layer 175 only at the location where the needle-shaped silicon whisker is to be formed, the needle-shaped silicon whisker can be selectively formed. The density can be arbitrarily controlled.

次に、上記針状のシリコンウィスカの作製方法について、図5(A)乃至図5(C)を用いて説明する。   Next, a method for manufacturing the needle-shaped silicon whisker will be described with reference to FIGS.

まず、基板101上に、金属層169及び絶縁層173を形成する。金属層169は、実施の形態1で示したものと同様の材料、方法を用いて形成することができる。   First, the metal layer 169 and the insulating layer 173 are formed over the substrate 101. The metal layer 169 can be formed using a material and a method similar to those described in Embodiment 1.

絶縁層173には、例えば酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜、窒化酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸化窒化アルミニウム膜、窒化酸化アルミニウム膜、酸化ハフニウム膜、酸化タンタル膜、または酸化ガリウム膜など、後の工程の熱に耐えうる絶縁膜を用いる。絶縁層173は、プラズマCVD法、スパッタリング法など、通常の半導体の作製工程に用いられる方法により形成することができる。なお、後の熱処理に対する耐熱性を有するのであれば、無機絶縁膜に限られず、有機絶縁膜も用いることができる。   The insulating layer 173 includes, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a silicon nitride oxide film, an aluminum oxide film, an aluminum nitride film, an aluminum oxynitride film, an aluminum nitride oxide film, a hafnium oxide film, and a tantalum oxide film. Alternatively, an insulating film that can withstand heat in a later step, such as a gallium oxide film, is used. The insulating layer 173 can be formed by a method used in a normal semiconductor manufacturing process, such as a plasma CVD method or a sputtering method. Note that an organic insulating film can also be used without being limited to the inorganic insulating film as long as it has heat resistance to subsequent heat treatment.

本実施の形態では、ガラス基板上に金属層169として厚さ300nmのチタン膜を用い、絶縁層173として、厚さ450nmの酸化窒化シリコン膜を用い、両者共にスパッタリング法により形成する(図5(A))。   In this embodiment, a 300 nm thick titanium film is used as the metal layer 169 over the glass substrate, and a 450 nm thick silicon oxynitride film is used as the insulating layer 173, both of which are formed by a sputtering method (FIG. 5 ( A)).

その後、公知のフォトリソグラフィ法を用いて絶縁層173を選択的にエッチングし、開口部を有する絶縁層175を形成する(図5(B))。   After that, the insulating layer 173 is selectively etched using a known photolithography method, so that the insulating layer 175 having an opening is formed (FIG. 5B).

絶縁層173に開口部を形成する方法は任意だが、フォトリソグラフィ法を用いることにより、微細な開口パターンを形成することができる。具体的には、開口部のサイズと、隣接する開口部との距離とを、針状のシリコンウィスカの直径と同等のサイズにまで縮小することが出来る。ここで、開口パターンが大きい、すなわち開口部のサイズ及び開口部間の距離が大きいと、基板面内において、針状のシリコンウィスカが高密度に密集した開口部の領域と、針状のシリコンウィスカが全く形成されない領域とが、それぞれ形成される。これを蓄電装置の電極の活物質に用いた場合、針状のシリコンウィスカが密な領域では、上記のように充放電の際の体積膨張により、互いに干渉、接触し折れてしまう危険性がある。しかし、フォトリソグラフィ法を用いて針状のシリコンウィスカの直径と同等の微細なパターンを用いることにより、1つの開口部に形成されるシリコンウィスカの数を低減し、且つその開口部間の距離をシリコンウィスカ同士が干渉、接触しない程度の近い距離とすることができ、基板面内で、針状のシリコンウィスカの密度を最適な密度に均一にすることが可能となるため好ましい。   Although the method for forming the opening in the insulating layer 173 is arbitrary, a fine opening pattern can be formed by using a photolithography method. Specifically, the size of the opening and the distance between the adjacent openings can be reduced to a size equivalent to the diameter of the needle-like silicon whisker. Here, when the opening pattern is large, that is, when the size of the opening and the distance between the openings are large, the area of the opening in which the needle-like silicon whiskers are densely packed in the substrate surface and the needle-like silicon whisker. A region where no is formed is formed. When this is used as an active material for an electrode of a power storage device, there is a risk that in a region where needle-like silicon whiskers are dense, there is a risk of mutual interference, contact and breakage due to volume expansion during charge and discharge as described above. . However, by using a fine pattern equivalent to the diameter of the needle-like silicon whisker using a photolithography method, the number of silicon whiskers formed in one opening is reduced, and the distance between the openings is reduced. It is preferable because the distance between the silicon whiskers can be as close as possible so that the silicon whiskers do not interfere with each other, and the density of the needle-like silicon whiskers can be made uniform at an optimum density within the substrate surface.

その後、絶縁層175、及び絶縁層175の開口部に露出した金属層169上に、シリコン層167、及び針状のシリコンウィスカ177及び178を形成する。シリコンの成膜は、実施の形態1で示したものと同様の方法を適用することが出来る。   Thereafter, a silicon layer 167 and needle-like silicon whiskers 177 and 178 are formed on the insulating layer 175 and the metal layer 169 exposed in the opening of the insulating layer 175. For the silicon film formation, a method similar to that shown in Embodiment Mode 1 can be applied.

シリコン層167の形成時、絶縁層175の開口部において、金属層169を構成する金属元素とシリコンとが反応したシリサイドからなるシリサイド層163と、この表面近傍、または表面に近接する多数のシリサイド粒165とが形成され、その下層には未反応の金属層171が残る。   When the silicon layer 167 is formed, in the opening of the insulating layer 175, a silicide layer 163 made of silicide obtained by reacting a metal element constituting the metal layer 169 and silicon, and a number of silicide grains in the vicinity of the surface or in the vicinity of the surface 165 is formed, and an unreacted metal layer 171 remains in the lower layer.

針状のシリコンウィスカの成長の核となるシリサイド粒165が、絶縁層175の開口部のみに形成されるため、針状のシリコンウィスカは当該開口部に重畳した領域にのみ選択的に形成され、絶縁層175を有する領域には針状のシリコンウィスカは形成されない。   Since the silicide grains 165 serving as the nucleus of the growth of the needle-like silicon whisker are formed only in the opening of the insulating layer 175, the needle-like silicon whisker is selectively formed only in the region overlapping the opening, A needle-like silicon whisker is not formed in the region having the insulating layer 175.

以上のようにして、基板上に選択的に針状のシリコンウィスカを形成することができる。このようにして針状のシリコンウィスカを選択的に形成することにより、基板面内での針状のシリコンウィスカの密度を適宜制御することが出来る。このように密度が制御された針状のシリコンウィスカを蓄電装置の電極の活物質に用いることにより、充放電容量が向上し、且つ信頼性の高い蓄電装置とすることが出来る。   As described above, needle-like silicon whiskers can be selectively formed on the substrate. By selectively forming the needle-like silicon whisker in this way, the density of the needle-like silicon whisker in the substrate surface can be appropriately controlled. By using the needle-shaped silicon whisker whose density is controlled as described above as an active material of the electrode of the power storage device, the charge / discharge capacity can be improved and a highly reliable power storage device can be obtained.

なお、本実施の形態では、基板101を用いる構成としたが、上記実施の形態1内の変形例1で示したように、シリコンと反応してシリサイドを形成する金属からなる基板を用いて、当該基板上に開口部を有する絶縁層を形成し、針状のシリコンウィスカを選択的に形成してもよい。   Note that although the substrate 101 is used in this embodiment mode, as shown in the first modification example in the first embodiment, a substrate made of a metal that reacts with silicon to form silicide is used. An insulating layer having an opening may be formed over the substrate, and needle-like silicon whiskers may be selectively formed.

また、基板上に金属層を形成し、シリコン構造物を形成する所望の領域を残して当該金属層をエッチングした後、当該領域上に選択的にシリコン構造物を形成することもできる。このような形成方法を用いることで、工程を簡略化することが出来る。   Alternatively, after forming a metal layer on the substrate and etching the metal layer leaving a desired region for forming the silicon structure, the silicon structure can be selectively formed on the region. By using such a formation method, the process can be simplified.

また、本実施の形態と、実施の形態1内の変形例2で示したドーム状のシリコン構造物の作製方法とを組み合わせて、選択的にドーム状のシリコン構造物を形成することもできる。   In addition, the dome-shaped silicon structure can be selectively formed by combining this embodiment and the method for manufacturing the dome-shaped silicon structure shown in the second modification in the first embodiment.

なお、本実施の形態は、本明細書中に例示する他の実施の形態及び実施例と適宜組み合わせて実施することが出来る。   Note that this embodiment can be implemented in combination with any of the other embodiments and examples illustrated in this specification as appropriate.

(実施の形態3)
実施の形態1及び実施の形態2で説明したシリコン構造物は、蓄電装置の電極として用いることができる。少なくとも一対の電極、電解質およびセパレータを用いることで、二次電池または、キャパシタとすることができる。
(Embodiment 3)
The silicon structure described in Embodiments 1 and 2 can be used as an electrode of a power storage device. By using at least a pair of electrodes, an electrolyte, and a separator, a secondary battery or a capacitor can be obtained.

本実施の形態は、上記蓄電装置の例として、一対の電極の一方を実施の形態1及び実施の形態2で説明したシリコン構造物を用いて、もう一方を、LiCoO等のリチウム含有金属酸化物を用いたリチウムイオン二次電池と、その作製方法について、図6を用いて説明する。 In this embodiment, as an example of the above power storage device, one of a pair of electrodes is formed using the silicon structure described in Embodiment 1 and Embodiment 2, and the other is replaced with a lithium-containing metal oxide such as LiCoO 2. A lithium ion secondary battery using such a material and a manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

図6(A)は、蓄電装置951の平面図であり、図6(A)の一点鎖線A−Bの断面図を図6(B)に示す。   6A is a plan view of the power storage device 951, and FIG. 6B is a cross-sectional view taken along dashed-dotted line AB in FIG. 6A.

図6(A)に示す蓄電装置951は、外装部材953の内部に蓄電セル955を有する。また、蓄電セル955に接続する端子部957、959を有する。外装部材953は、ラミネートフィルム、高分子フィルム、金属フィルム、金属ケース、プラスチックケース等を用いることができる。   A power storage device 951 illustrated in FIG. 6A includes a power storage cell 955 inside an exterior member 953. In addition, terminal portions 957 and 959 connected to the storage cell 955 are provided. As the exterior member 953, a laminate film, a polymer film, a metal film, a metal case, a plastic case, or the like can be used.

図6(B)に示すように、蓄電装置951は、負極963と、正極965と、負極963及び正極965の間に設けられるセパレータ967と、外装部材953中に満たされる電解質969とで構成される。ここで図に示すように、負極963、正極965、及びセパレータ967を含む構成がひとつの蓄電セル955となる。   As illustrated in FIG. 6B, the power storage device 951 includes a negative electrode 963, a positive electrode 965, a separator 967 provided between the negative electrode 963 and the positive electrode 965, and an electrolyte 969 filled in the exterior member 953. The Here, as illustrated in the drawing, a structure including the negative electrode 963, the positive electrode 965, and the separator 967 is a single storage cell 955.

負極963は、負極集電体971及び負極活物質層973で構成される。負極として、実施の形態1及び実施の形態2に示す金属からなる基板を電極に用いることができる。   The negative electrode 963 includes a negative electrode current collector 971 and a negative electrode active material layer 973. As the negative electrode, a substrate made of the metal described in any of Embodiments 1 and 2 can be used for the electrode.

負極活物質層973は、実施の形態1及び実施の形態2に示すシリコン構造物を有する半導体膜を備える活物質層を用いることができる。なお、シリコン構造物層にリチウムをプリドープしてもよい。また、LPCVD装置において、負極集電体971を枠状のサセプターで保持しながら結晶性シリコン層で形成される負極活物質層973を形成することで、負極集電体971の両面に同時に負極活物質層973を形成することが可能であるため、工程数を削減することができる。   As the negative electrode active material layer 973, an active material layer including a semiconductor film having the silicon structure described in Embodiments 1 and 2 can be used. The silicon structure layer may be predoped with lithium. Further, in the LPCVD apparatus, the negative electrode active material layer 973 formed of a crystalline silicon layer is formed while holding the negative electrode current collector 971 with a frame-shaped susceptor, so that the negative electrode active material 971 is simultaneously formed on both surfaces of the negative electrode current collector 971. Since the material layer 973 can be formed, the number of steps can be reduced.

正極965は、正極集電体975及び正極活物質層977で構成される。   The positive electrode 965 includes a positive electrode current collector 975 and a positive electrode active material layer 977.

負極活物質層973は、負極集電体971の一方又は両方の面に形成される。正極活物質層977は、正極集電体975の両方の面に形成される。   The negative electrode active material layer 973 is formed on one or both surfaces of the negative electrode current collector 971. The positive electrode active material layer 977 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 975.

また、負極集電体971は、端子部959と接続する。また、正極集電体975は、端子部957と接続する。また、端子部957、端子部959は、それぞれ一部が外装部材953の外側に導出されている。   Further, the negative electrode current collector 971 is connected to the terminal portion 959. In addition, the positive electrode current collector 975 is connected to the terminal portion 957. A part of each of the terminal portion 957 and the terminal portion 959 is led out of the exterior member 953.

なお、本実施の形態では、蓄電装置951として、パウチ加工された薄型蓄電装置を示したが、ボタン型蓄電装置、円筒型蓄電装置、角型蓄電装置等様々な形状の蓄電装置を用いることができる。また、本実施の形態では、正極、負極、及びセパレータが積層された構造を示したが、正極、負極、及びセパレータが捲回された構造であってもよい。   Note that in this embodiment, a thin pouched power storage device is shown as the power storage device 951; however, various shapes of power storage devices such as a button-type power storage device, a cylindrical power storage device, and a rectangular power storage device can be used. it can. In this embodiment mode, a structure in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are stacked is shown; however, a structure in which the positive electrode, the negative electrode, and the separator are wound may be used.

正極集電体975は、アルミニウム、ステンレス等を用いる。正極集電体975は、箔状、板状、網状等の形状を適宜用いることができる。   As the positive electrode current collector 975, aluminum, stainless steel, or the like is used. The positive electrode current collector 975 can have a foil shape, a plate shape, a net shape, or the like as appropriate.

正極活物質層977は、LiFeO、LiCoO、LiNiO、LiMn、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO、V、Cr、MnO、その他のリチウム化合物を材料として用いることができる。なお、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンの場合、正極活物質層977として、上記リチウム化合物においてリチウムの代わりに、アルカリ金属(例えば、ナトリウムやカリウム等)、アルカリ土類金属(例えば、カルシウム、ストロンチウム、バリウム等)、ベリリウム、マグネシウムを用いることもできる。 The positive electrode active material layer 977 includes LiFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiMn 2 PO 4 , V 2 O 5 , Cr 2 O 5 , MnO 2 , and others. A lithium compound can be used as a material. Note that in the case where the carrier ion is an alkali metal ion or alkaline earth metal ion other than lithium, the positive electrode active material layer 977 can be an alkali metal (for example, sodium or potassium), alkaline earth instead of lithium in the lithium compound. Similar metals (for example, calcium, strontium, barium, etc.), beryllium, and magnesium can also be used.

電解質969の溶質は、キャリアイオンであるリチウムイオンを移送可能で、且つリチウムイオンが安定に存在する材料を用いる。電解質の溶質の代表例としては、LiClO、LiAsF、LiBF、LiPF、Li(CSON等のリチウム塩がある。なお、キャリアイオンが、リチウム以外のアルカリ金属イオンまたはアルカリ土類金属イオンの場合、電解質969の溶質として、ナトリウム塩、カリウム塩等のアルカリ金属塩、カルシウム塩、ストロンチウム塩、バリウム塩等のアルカリ土類金属塩、ベリリウム塩、マグネシウム塩等を適宜用いることができる。 As a solute of the electrolyte 969, a material that can transport lithium ions that are carrier ions and that stably exist lithium ions is used. Typical examples of the electrolyte solute include lithium salts such as LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N. When the carrier ion is an alkali metal ion or alkaline earth metal ion other than lithium, an alkaline earth salt such as a sodium salt or potassium salt, a calcium salt, a strontium salt, or a barium salt is used as the solute of the electrolyte 969. Metal salts, beryllium salts, magnesium salts and the like can be used as appropriate.

また、電解質969の溶媒としては、リチウムイオンの移送が可能な材料を用いる。電解質969の溶媒としては、非プロトン性有機溶媒が好ましい。非プロトン性有機溶媒の代表例としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、γーブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン等があり、これらの一つまたは複数を用いることができる。また、電解質969の溶媒としてゲル化される高分子材料を用いることで、漏液性を含めた安全性が高まる。また、蓄電装置951の薄型化及び軽量化が可能である。ゲル化される高分子材料の代表例としては、シリコンゲル、アクリルゲル、アクリロニトリルゲル、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、フッ素系ポリマー等がある。   As a solvent for the electrolyte 969, a material that can transfer lithium ions is used. As a solvent for the electrolyte 969, an aprotic organic solvent is preferable. Typical examples of the aprotic organic solvent include ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran and the like, and one or more of these can be used. In addition, the use of a polymer material that is gelled as a solvent for the electrolyte 969 increases safety including liquid leakage. Further, the power storage device 951 can be reduced in thickness and weight. Typical examples of the polymer material to be gelated include silicon gel, acrylic gel, acrylonitrile gel, polyethylene oxide, polypropylene oxide, and fluorine-based polymer.

また、電解質969として、LiPO等の固体電解質を用いることができる。 As the electrolyte 969, a solid electrolyte such as Li 3 PO 4 can be used.

セパレータ967は、絶縁性の多孔体を用いる。セパレータ967の代表例としては、セルロース(紙)、ポリエチレン、ポリプロピレン等がある。   The separator 967 uses an insulating porous body. Typical examples of the separator 967 include cellulose (paper), polyethylene, and polypropylene.

リチウムイオン電池は、メモリー効果が小さく、エネルギー密度が高く、放電容量が大きい。また、動作電圧が高い。これらのため、小型化及び軽量化が可能である。また、充放電の繰り返しによる劣化が少なく、長期間の使用が可能であり、コスト削減が可能である。   Lithium ion batteries have a small memory effect, a high energy density, and a large discharge capacity. Also, the operating voltage is high. For these reasons, it is possible to reduce the size and weight. In addition, there is little deterioration due to repeated charging and discharging, long-term use is possible, and cost reduction is possible.

次に、蓄電装置として、キャパシタについて、説明する。キャパシタの代表例としては、二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタ等がある。   Next, a capacitor will be described as the power storage device. Typical examples of the capacitor include a double layer capacitor and a lithium ion capacitor.

キャパシタの場合は、図6(A)に示す二次電池の正極活物質層977の代わりに、リチウムイオン及び/またはアニオンを可逆的に吸蔵または吸着できる材料を用いればよい。当該材料の代表例としては、活性炭、導電性高分子、ポリアセン有機半導体(PAS)がある。   In the case of a capacitor, a material that can reversibly occlude or adsorb lithium ions and / or anions may be used instead of the positive electrode active material layer 977 of the secondary battery illustrated in FIG. Typical examples of the material include activated carbon, a conductive polymer, and a polyacene organic semiconductor (PAS).

リチウムイオンキャパシタは、充放電の効率が高く、急速充放電が可能であり、繰り返し利用による寿命も長い。   Lithium ion capacitors have high charge / discharge efficiency, can be rapidly charged / discharged, and have a long life due to repeated use.

負極963に実施の形態1及び実施の形態2に示すシリコン構造物を有する負極を用いることで、放電容量が高く、繰り返し充放電による電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。   When the negative electrode including the silicon structure described in Embodiments 1 and 2 is used for the negative electrode 963, a power storage device with high discharge capacity and reduced deterioration of the electrode due to repeated charge and discharge can be manufactured.

また、蓄電装置の一形態である空気電池の負極に実施の形態1及び実施の形態2に示すシリコン構造物を有する集電体及び活物質層を用いることで、放電容量が高く、繰り返し充放電による電極の劣化を低減した蓄電装置を作製することができる。   Further, by using the current collector and the active material layer having the silicon structure described in Embodiments 1 and 2 for the negative electrode of the air battery which is one embodiment of the power storage device, the discharge capacity is high, and repeated charge and discharge Thus, a power storage device with reduced electrode deterioration due to the above can be manufactured.

なお、本実施の形態は、本明細書中に例示する他の実施の形態及び実施例と適宜組み合わせて実施することが出来る。   Note that this embodiment can be implemented in combination with any of the other embodiments and examples illustrated in this specification as appropriate.

(実施の形態4)
実施の形態1及び実施の形態2で説明した針状のシリコンウィスカは、その形状を活かし、次のような用途にも用いることができる。例えば、測定機器に用いられている探針(プローブ)、電子銃、またはMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)にも用いることができる。
(Embodiment 4)
The needle-shaped silicon whisker described in the first embodiment and the second embodiment can be used for the following applications by making use of its shape. For example, it can also be used for a probe (probe), an electron gun, or a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) used in measurement equipment.

さらに、本実施の形態では、実施の形態3で説明した蓄電装置の応用形態について図7および図8を用いて説明する。   Further, in this embodiment, application modes of the power storage device described in Embodiment 3 are described with reference to FIGS.

実施の形態3で説明した蓄電装置は、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機(携帯電話、携帯電話装置ともいう)、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置等の電子機器に用いることができる。また、電気自動車、ハイブリッド自動車、鉄道用電気車両、作業車、カート、車椅子等の電気推進車両に用いることができる。ここでは、電気推進車両の代表例として、電動自転車と電気自動車を用いて説明する。   The power storage device described in Embodiment 3 includes a camera such as a digital camera or a video camera, a digital photo frame, a mobile phone (also referred to as a mobile phone or a mobile phone device), a portable game machine, a portable information terminal, an audio playback device, or the like. It can be used for electronic equipment. Moreover, it can be used for electric propulsion vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles, railway electric vehicles, work vehicles, carts, and wheelchairs. Here, an electric bicycle and an electric vehicle will be described as representative examples of the electric propulsion vehicle.

図7は電動自転車(電動アシスト自転車ともいう。)の斜視図である。電動自転車1001は、使用者が座るサドル1002、ペダル1003、フレーム1004、2つの車輪1005、車輪1005の一方を操舵するハンドル1006、フレーム1004に装着された駆動部1007、ハンドル1006付近に設置された表示装置1008を有している。   FIG. 7 is a perspective view of an electric bicycle (also referred to as an electric assist bicycle). The electric bicycle 1001 is installed in the vicinity of a saddle 1002 where a user sits, a pedal 1003, a frame 1004, two wheels 1005, a handle 1006 for steering one of the wheels 1005, a drive unit 1007 attached to the frame 1004, and the handle 1006. A display device 1008 is included.

駆動部1007は、モーター、バッテリー、コントローラなどを有している。コントローラは、バッテリーの状況(電流、電圧、バッテリー温度など)を検出し、走行時にはバッテリーからの放電量を調整することでモーターを制御し、充電時には充電量の制御を行う。また、駆動部1007に、使用者がペダル1003を踏む力や、走行速度などを検知するセンサーを設け、センサーからの情報に応じてモーターを制御してもよい。なお、図7では、駆動部1007をフレーム1004に取り付ける構成を示しているが、駆動部1007の取り付け位置はこれに限定されない。   The drive unit 1007 includes a motor, a battery, a controller, and the like. The controller detects the battery status (current, voltage, battery temperature, etc.), controls the motor by adjusting the amount of discharge from the battery during travel, and controls the amount of charge during charging. The driving unit 1007 may be provided with a sensor for detecting the force with which the user steps on the pedal 1003, the traveling speed, and the like, and the motor may be controlled in accordance with information from the sensor. 7 shows a configuration in which the drive unit 1007 is attached to the frame 1004, the attachment position of the drive unit 1007 is not limited to this.

表示装置1008には表示部、切り換えボタンなどが設けられている。表示部においてバッテリー残量や走行速度などを表示する。また、切り換えボタンによって、モーターの制御や、表示部の表示の切り換えを行う。なお、図7では、表示装置1008をハンドル1006の周辺に取り付ける構成を示しているが、表示装置1008の配置はこれに限定されない。   The display device 1008 is provided with a display portion, a switching button, and the like. The remaining battery level and running speed are displayed on the display. The switch button controls the motor and switches the display on the display. Note that FIG. 7 illustrates a configuration in which the display device 1008 is attached to the periphery of the handle 1006; however, the arrangement of the display device 1008 is not limited to this.

実施の形態3で説明した蓄電装置を、駆動部1007のバッテリーに用いることができる。駆動部1007のバッテリーは、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により、充電をすることができる。また、実施の形態3で説明した蓄電装置を、表示装置1008に用いてもよい。   The power storage device described in Embodiment 3 can be used for the battery of the driver 1007. The battery of the driving unit 1007 can be charged by external power supply using plug-in technology or non-contact power feeding. Further, the power storage device described in Embodiment 3 may be used for the display device 1008.

図8(A)は電気自動車1101の斜視図である。図8(B)は、図8(A)で示した電気自動車1101の透視図である。電気自動車1101は、モーター1103に電流を流すことによって、動力を得るものである。電気自動車1101は、モーター1103に電流を流すための電力を供給するバッテリー1105、および電力制御部1107を有する。なお、図8では、バッテリーを充電する為の手段として、特に図示しないが、別途発電機等を設けて、充電する構成としてもよい。   FIG. 8A is a perspective view of the electric vehicle 1101. FIG. 8B is a perspective view of the electric vehicle 1101 shown in FIG. The electric vehicle 1101 obtains power by passing a current through the motor 1103. The electric vehicle 1101 includes a battery 1105 that supplies electric power for flowing current to the motor 1103, and a power control unit 1107. In FIG. 8, as a means for charging the battery, although not particularly illustrated, a configuration may be adopted in which a separate generator or the like is provided for charging.

実施の形態3で説明した蓄電装置をバッテリー1105に用いることができる。バッテリー1105は、プラグイン技術や非接触給電による外部からの電力供給により充電をすることができる。なお、電気推進車両が鉄道用電気車両の場合、架線や導電軌条からの電力供給により充電をすることができる。   The power storage device described in Embodiment 3 can be used for the battery 1105. The battery 1105 can be charged by external power supply using plug-in technology or non-contact power feeding. When the electric propulsion vehicle is a railway electric vehicle, charging can be performed by supplying power from an overhead wire or a conductive rail.

なお、本実施の形態は、本明細書中に例示する他の実施の形態及び実施例と適宜組み合わせて実施することが出来る。   Note that this embodiment can be implemented in combination with any of the other embodiments and examples illustrated in this specification as appropriate.

本実施例では、実施の形態1で示した方法により、針状のシリコンウィスカを有する半導体膜と、ドーム状のシリコン構造物を有する半導体膜とを作製し、それぞれの半導体膜について観察を行った。   In this example, a semiconductor film having a needle-like silicon whisker and a semiconductor film having a dome-shaped silicon structure were manufactured by the method described in Embodiment 1, and each semiconductor film was observed. .

以降、針状のシリコンウィスカを有する半導体膜を形成した試料を試料1、ドーム状のシリコン構造物を有する半導体膜を形成した試料を試料2とする。   Hereinafter, a sample in which a semiconductor film having needle-shaped silicon whiskers is formed is referred to as sample 1, and a sample in which a semiconductor film having a dome-shaped silicon structure is formed is referred to as sample 2.

まずガラス基板上にスパッタリング法を用いてチタン膜を形成した。試料1ではチタンの膜厚を10nmとし、試料2ではチタンの膜厚を300nmとした。   First, a titanium film was formed on a glass substrate by a sputtering method. In Sample 1, the thickness of titanium was 10 nm, and in Sample 2, the thickness of titanium was 300 nm.

続いて、両者に対してLPCVD法を用いてシリコン膜の成膜を行った。成膜は、SiHとNとを混合比1:1の割合で混合した成膜ガスを流しながら、圧力20Pa、温度600℃で1時間保持するよう成膜を行い、シリコン構造物が形成された試料1及び試料2を得た。 Subsequently, a silicon film was formed on both using the LPCVD method. Film formation is performed by flowing a film forming gas in which SiH 4 and N 2 are mixed at a mixing ratio of 1: 1 while maintaining the pressure at 20 Pa and a temperature of 600 ° C. for 1 hour to form a silicon structure. Sample 1 and Sample 2 were obtained.

続いて、試料1及び試料2についてSEM(Scanning Electron Microscopy)法による観察を行った。図9(A)に試料1の、図9(B)に試料2の観察結果をそれぞれ示す。   Subsequently, the sample 1 and the sample 2 were observed by the SEM (Scanning Electron Microscopy) method. FIG. 9A shows the observation result of the sample 1, and FIG. 9B shows the observation result of the sample 2.

試料1では、針状のシリコンウィスカが極めて高密度に形成されていることが確認できた。また、試料2では、ドーム状(半球状)のシリコン構造物が極めて高密度に形成されていることが確認できた。   In Sample 1, it was confirmed that needle-like silicon whiskers were formed at a very high density. In Sample 2, it was confirmed that the dome-shaped (hemispherical) silicon structure was formed at an extremely high density.

続いて、試料1及び試料2に対して、シリサイド層近傍の断面観察を、STEM(Scanning Transmission Electron Microscopy)法を用いて行った。図10(A)に試料1の、図10(B)に試料2の観察結果をそれぞれ示す。   Subsequently, a cross-sectional observation in the vicinity of the silicide layer was performed on the sample 1 and the sample 2 by using a STEM (Scanning Transmission Electron Microscopy) method. FIG. 10A shows the observation result of the sample 1 and FIG. 10B shows the observation result of the sample 2.

試料1では、ガラス基板上に膜厚約11nmのシリサイド層上に平均粒径約18nmのシリサイド粒が複数観測され、これらを覆うようにシリコン層を有していた。   In Sample 1, a plurality of silicide grains having an average grain size of about 18 nm were observed on a silicide layer having a thickness of about 11 nm on a glass substrate, and a silicon layer was provided so as to cover these.

一方、試料2ではガラス基板上に膜厚約50nmのチタン層と、チタン層上に膜厚約410nmのチタンシリサイド層と、チタンシリサイド層上に平均粒径約64nmのシリサイド粒が複数観測され、これらを覆うようにシリコン層を有していた。また、チタンシリサイド層は、組成の大きく異なる2層に分かれており、下部はシリコン濃度が低く、上部はシリコン濃度の高いシリサイドで構成されていることが確認された。   On the other hand, in Sample 2, a plurality of titanium layers having a thickness of about 50 nm on the glass substrate, a titanium silicide layer having a thickness of about 410 nm on the titanium layer, and a plurality of silicide grains having an average particle size of about 64 nm are observed on the titanium silicide layer. A silicon layer was provided so as to cover them. Further, it was confirmed that the titanium silicide layer was divided into two layers having greatly different compositions, and the lower part was composed of silicide having a low silicon concentration and the upper part being silicide having a high silicon concentration.

なお、本実施例は、本明細書中に例示する他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて実施することが出来る。   Note that this embodiment can be implemented in combination with any of the other embodiments and embodiments described in this specification as appropriate.

本実施例では、実施の形態1で例示した方法により、ドーム状のシリコン構造物を形成し、シリコン層との界面近傍における、シリサイド層及びシリサイド粒の結晶構造の同定を、電子線回折測定法を用いて試みた。   In this example, a dome-shaped silicon structure is formed by the method exemplified in the first embodiment, and the identification of the crystal structure of the silicide layer and the silicide grains in the vicinity of the interface with the silicon layer is performed by an electron diffraction measurement method. I tried using.

まず、ガラス基板上に厚さ100nmのチタン膜をスパッタリング法により成膜した。次いで、LPCVD法を用いてシリコン膜の成膜を行った。成膜は、SiHとNとを混合比1:1の割合で混合した成膜ガスを流しながら、圧力20Pa、温度600℃で1時間保持するよう成膜を行い、ドーム状のシリコン構造物が形成された試料3を得た。 First, a 100 nm-thick titanium film was formed on a glass substrate by a sputtering method. Next, a silicon film was formed using the LPCVD method. The film is formed by maintaining a pressure of 20 Pa and a temperature of 600 ° C. for 1 hour while flowing a film forming gas in which SiH 4 and N 2 are mixed at a mixing ratio of 1: 1. Sample 3 in which an object was formed was obtained.

続いて、試料3に対してシリサイド層近傍の断面観察を、STEM法を用いて行った。図11に断面観察結果を示す。   Subsequently, a cross-sectional observation in the vicinity of the silicide layer was performed on the sample 3 using the STEM method. FIG. 11 shows a cross-sectional observation result.

断面観察の結果から、シリコン層との界面近傍ではシリサイド層は多数のグレインを含む多結晶層であることが確認された。また、シリサイド層上には多数のシリサイド粒を有することが確認された。   From the result of cross-sectional observation, it was confirmed that the silicide layer was a polycrystalline layer containing many grains in the vicinity of the interface with the silicon layer. Further, it was confirmed that the silicide layer has a large number of silicide grains.

続いて、シリサイド粒及びシリサイド層について、電子線回折測定法により回折像を観察し、結晶構造の同定を試みた。測定は、図11内に示すシリサイド粒における領域1、及びシリサイド層における領域2について行った。   Subsequently, diffraction images of the silicide grains and the silicide layer were observed by an electron beam diffraction measurement method, and an attempt was made to identify the crystal structure. The measurement was performed for the region 1 in the silicide grain and the region 2 in the silicide layer shown in FIG.

図12(A)及び図12(B)に、それぞれ領域1、領域2における電子線回折像を示す。測定された回折スポット群から結晶構造の同定を行った。図12(A)及び図12(B)には、いくつかの回折スポットに対応する面指数を示している。   FIGS. 12A and 12B show electron diffraction patterns in regions 1 and 2, respectively. The crystal structure was identified from the measured diffraction spot group. 12A and 12B show surface indices corresponding to several diffraction spots.

図12(A)に示す回折像から、領域1における結晶構造は、C54相のTiSiであり、図12(A)に示す回折像は[130]入射の回折像であることが確認された。 From the diffraction image shown in FIG. 12 (A), it was confirmed that the crystal structure in region 1 was C54 phase TiSi 2 , and the diffraction image shown in FIG. 12 (A) was a [130] incident diffraction image. .

一方、図12(B)に示す回折像から、領域2における結晶構造は、C49相のTiSiであり、図12(B)に示す回折像は[101]入射の回折像であることが確認された。 On the other hand, from the diffraction image shown in FIG. 12B, it is confirmed that the crystal structure in the region 2 is C49-phase TiSi 2 and the diffraction image shown in FIG. 12B is a [101] incident diffraction image. It was done.

以上の結果から、シリコン層との界面近傍におけるシリサイド層は、シリコンリッチな結晶性のシリサイドから構成されていることが確認できた。また、シリサイド粒も同様に、シリコンリッチな結晶性のシリサイドから構成されていることが分かった。   From the above results, it was confirmed that the silicide layer in the vicinity of the interface with the silicon layer was composed of silicon-rich crystalline silicide. Similarly, it was found that the silicide grains are composed of silicon-rich crystalline silicide.

さらに、シリサイド層を構成するチタンシリサイドと、シリサイド粒を構成するチタンシリサイドとは、異なる結晶構造を有していることが確認できた。   Furthermore, it was confirmed that the titanium silicide constituting the silicide layer and the titanium silicide constituting the silicide grain have different crystal structures.

なお、本実施例は、本明細書中に記載する他の実施例及び実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。   Note that this embodiment can be implemented in combination with any of the other embodiments and embodiments described in this specification as appropriate.

101 基板
103 シリサイド層
105 シリサイド粒
107 シリコン層
109 金属層
111 シリコンウィスカ
113 シリコンウィスカ
115 シリコンウィスカ
117 シリコンウィスカ
119 シリコンウィスカ
121 基板
123 シリサイド層
125 シリサイド粒
127 シリコン層
131 シリコンウィスカ
133 シリコンウィスカ
135 シリコンウィスカ
143 シリサイド層
145 シリサイド粒
147 シリコン層
149 金属層
151 シリコン構造物
152 シリコン構造物
153 シリコン構造物
154 シリコン構造物
163 シリサイド層
165 シリサイド粒
167 シリコン層
169 金属層
171 金属層
173 絶縁層
175 絶縁層
177 シリコンウィスカ
178 シリコンウィスカ
951 蓄電装置
953 外装部材
955 蓄電セル
957 端子部
959 端子部
963 負極
965 正極
967 セパレータ
969 電解質
971 負極集電体
973 負極活物質層
975 正極集電体
977 正極活物質層
1001 電動自転車
1002 サドル
1003 ペダル
1004 フレーム
1005 車輪
1006 ハンドル
1007 駆動部
1008 表示装置
1101 電気自動車
1103 モーター
1105 バッテリー
1107 電力制御部
101 substrate 103 silicide layer 105 silicide grain 107 silicon layer 109 metal layer 111 silicon whisker 113 silicon whisker 115 silicon whisker 117 silicon whisker 119 silicon whisker 121 substrate 123 silicide layer 125 silicide grain 127 silicon layer 131 silicon whisker 133 silicon whisker 135 silicon whisker 143 Silicide layer 145 Silicide grain 147 Silicon layer 149 Metal layer 151 Silicon structure 152 Silicon structure 153 Silicon structure 154 Silicon structure 163 Silicide layer 165 Silicide grain 167 Silicon layer 169 Metal layer 171 Metal layer 173 Insulating layer 175 Insulating layer 177 Silicon Whisker 178 Silicon whisker 951 Power storage device 953 Exterior member 955 Power storage cell 957 Terminal portion 959 Terminal portion 963 Negative electrode 965 Positive electrode 967 Separator 969 Electrolyte 971 Negative electrode current collector 973 Negative electrode active material layer 975 Positive electrode current collector 977 Positive electrode active material layer 1001 Electric bicycle 1002 Saddle 1003 Pedal 1004 Frame 1005 Wheel 1006 Handle 1007 Drive unit 1008 Display device 1101 Electric vehicle 1103 Motor 1105 Battery 1107 Power control unit

Claims (9)

金属を含むシリサイド層と、
前記シリサイド層上にシリサイド粒と、
前記シリサイド層、及び前記シリサイド粒に接するシリコン層と、を有し、
前記シリコン層が針状のシリコン構造物を含み、
前記シリサイド層の膜厚は、1nm以上100nm未満であり、
前記シリサイド粒の粒径は、1nm以上50nm未満である、半導体膜。
A silicide layer containing a metal;
Silicide grains on the silicide layer;
The silicide layer, and a silicon layer in contact with the silicide grains,
The silicon layer includes a needle-like silicon structure;
The thickness of the silicide layer is 1 nm or more and less than 100 nm,
The semiconductor film has a silicide grain size of 1 nm or more and less than 50 nm.
金属を含むシリサイド層と、
前記シリサイド層上にシリサイド粒と、
前記シリサイド層、及び前記シリサイド粒に接するシリコン層と、を有し、
前記シリコン層がドーム状のシリコン構造物を含み、
前記シリサイド層の膜厚は、100nm以上であり、
前記シリサイド粒の粒径は、50nm以上である、半導体膜。
A silicide layer containing a metal;
Silicide grains on the silicide layer;
The silicide layer, and a silicon layer in contact with the silicide grains,
The silicon layer includes a dome-shaped silicon structure;
The silicide layer has a thickness of 100 nm or more,
The semiconductor film has a silicide grain size of 50 nm or more.
同一基板上に、
請求項1又は請求項2に記載の半導体膜を有する第1の領域と、
前記金属を含む金属層と、前記金属層上に絶縁層と、前記絶縁層上に第2のシリコン層とを有する第2の領域と、を有し、
前記第1の領域の有するシリコン層と、前記第2のシリコン層とは連続する、半導体膜。
On the same substrate
A first region having the semiconductor film according to claim 1 or 2,
A metal layer including the metal, an insulating layer on the metal layer, and a second region having a second silicon layer on the insulating layer,
A semiconductor film in which the silicon layer of the first region and the second silicon layer are continuous.
請求項1乃至請求項3のいずれか一において、
前記シリサイド層及び前記シリサイド粒はチタンを含む、半導体膜。
In any one of Claim 1 thru | or 3,
The semiconductor film, wherein the silicide layer and the silicide grains contain titanium.
金属膜の表面に、前記金属を含むシリサイド層を形成すると共に、前記シリサイド層の一部をシリサイド粒に変成し、
前記シリサイド層上にシリコン構造物を含むシリコン層を形成し、
前記シリサイド層の厚みにより、前記シリコン構造物の形状が制御される、半導体膜の作製方法。
A silicide layer containing the metal is formed on the surface of the metal film, and part of the silicide layer is transformed into a silicide grain,
Forming a silicon layer including a silicon structure on the silicide layer;
A method for manufacturing a semiconductor film, wherein a shape of the silicon structure is controlled by a thickness of the silicide layer.
金属膜の表面に、前記金属を含むシリサイド層を形成すると共に、前記シリサイド層の一部をシリサイド粒に変成し、
前記シリサイド層上に、針状のシリコン構造物を含むシリコン層を形成し、
前記シリサイド層の厚みは、1nm以上100nm未満とし、
前記シリサイド粒の粒径は、1nm以上50nm未満とする、半導体膜の作製方法。
A silicide layer containing the metal is formed on the surface of the metal film, and part of the silicide layer is transformed into a silicide grain,
Forming a silicon layer including a needle-like silicon structure on the silicide layer;
The thickness of the silicide layer is 1 nm or more and less than 100 nm,
A method for manufacturing a semiconductor film, wherein the silicide grains have a diameter of 1 nm or more and less than 50 nm.
金属膜の表面に、前記金属を含むシリサイド層を形成すると共に、前記シリサイド層の一部をシリサイド粒に変成し、
前記シリサイド層上に、ドーム状のシリコン構造物を含むシリコン層を形成し、
前記シリサイド層の厚みは、100nm以上とし、
前記シリサイド粒の粒径は、50nm以上とする、半導体膜の作製方法。
A silicide layer containing the metal is formed on the surface of the metal film, and part of the silicide layer is transformed into a silicide grain,
Forming a silicon layer including a dome-shaped silicon structure on the silicide layer;
The silicide layer has a thickness of 100 nm or more,
A method for manufacturing a semiconductor film, wherein the silicide grains have a diameter of 50 nm or more.
請求項5乃至請求項7のいずれか一において、
前記シリサイド層及び前記シリサイド粒はチタンを含む、半導体膜の作製方法。
In any one of Claims 5 thru | or 7,
The method for manufacturing a semiconductor film, wherein the silicide layer and the silicide grains contain titanium.
請求項1乃至請求項4のいずれか一に記載の半導体膜を有する、蓄電装置。   A power storage device comprising the semiconductor film according to claim 1.
JP2011253924A 2010-11-26 2011-11-21 Power storage device Expired - Fee Related JP5793066B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011253924A JP5793066B2 (en) 2010-11-26 2011-11-21 Power storage device

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010263710 2010-11-26
JP2010263710 2010-11-26
JP2011253924A JP5793066B2 (en) 2010-11-26 2011-11-21 Power storage device

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2012129200A true JP2012129200A (en) 2012-07-05
JP2012129200A5 JP2012129200A5 (en) 2014-11-13
JP5793066B2 JP5793066B2 (en) 2015-10-14

Family

ID=46126885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011253924A Expired - Fee Related JP5793066B2 (en) 2010-11-26 2011-11-21 Power storage device

Country Status (3)

Country Link
US (2) US8455044B2 (en)
JP (1) JP5793066B2 (en)
KR (1) KR101899374B1 (en)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9543577B2 (en) 2010-12-16 2017-01-10 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Active material, electrode including the active material and manufacturing method thereof, and secondary battery
WO2013027561A1 (en) 2011-08-19 2013-02-28 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing graphene-coated object, negative electrode of secondary battery including graphene-coated object, and secondary battery including the negative electrode
JP6025284B2 (en) 2011-08-19 2016-11-16 株式会社半導体エネルギー研究所 Electrode for power storage device and power storage device
KR20130024769A (en) 2011-08-30 2013-03-08 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Power storage device
JP6034621B2 (en) 2011-09-02 2016-11-30 株式会社半導体エネルギー研究所 Electrode of power storage device and power storage device
JP6050106B2 (en) 2011-12-21 2016-12-21 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for producing silicon negative electrode for non-aqueous secondary battery
KR20230137493A (en) 2013-04-19 2023-10-04 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 Secondary battery and a method for fabricating the same
US11626288B2 (en) 2021-07-30 2023-04-11 Applied Materials, Inc. Integrated contact silicide with tunable work functions

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5643826A (en) * 1993-10-29 1997-07-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device
US5705829A (en) * 1993-12-22 1998-01-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device formed using a catalyst element capable of promoting crystallization
US20100285358A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Amprius, Inc. Electrode Including Nanostructures for Rechargeable Cells
JP2010262752A (en) * 2009-04-30 2010-11-18 Furukawa Electric Co Ltd:The Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery using the same, and method of manufacturing negative electrode for lithium ion secondary battery
US20110159365A1 (en) * 2009-05-07 2011-06-30 Amprius, Inc. Template electrode structures for depositing active materials

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3431033B2 (en) 1993-10-29 2003-07-28 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor fabrication method
JP2762218B2 (en) 1993-12-22 1998-06-04 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2762219B2 (en) 1993-12-22 1998-06-04 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3025814B2 (en) 1993-12-22 2000-03-27 株式会社半導体エネルギー研究所 Semiconductor device
JP3032801B2 (en) 1997-03-03 2000-04-17 株式会社半導体エネルギー研究所 Method for manufacturing semiconductor device
TW379360B (en) 1997-03-03 2000-01-11 Semiconductor Energy Lab Method of manufacturing a semiconductor device
US20020168574A1 (en) 1997-06-27 2002-11-14 Soon-Ho Ahn Lithium ion secondary battery and manufacturing method of the same
JP3702224B2 (en) 1999-10-22 2005-10-05 三洋電機株式会社 Method for producing electrode for lithium secondary battery
JP2002083594A (en) 1999-10-22 2002-03-22 Sanyo Electric Co Ltd Electrode for lithium battery, lithium battery using it and lithium secondary battery
JP3733068B2 (en) 1999-10-22 2006-01-11 三洋電機株式会社 Lithium battery electrode and lithium secondary battery
JP3702223B2 (en) 1999-10-22 2005-10-05 三洋電機株式会社 Method for producing electrode material for lithium battery
AU7950900A (en) 1999-10-22 2001-05-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode for lithium secondary cell and lithium secondary cell
AU7951100A (en) 1999-10-22 2001-04-30 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode for lithium secondary cell and lithium secondary cell
CA2387910C (en) 1999-10-22 2011-06-28 Sanyo Electric Co., Ltd. Electrode for lithium battery and rechargeable lithium battery
JP2001210315A (en) 2000-01-25 2001-08-03 Sanyo Electric Co Ltd Electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery using it
JP2003246700A (en) 2002-02-22 2003-09-02 Japan Science & Technology Corp Manufacturing method of silicon nanoneedle
JP4140765B2 (en) 2002-09-19 2008-08-27 コバレントマテリアル株式会社 Acicular silicon crystal and method for producing the same
US7015496B2 (en) 2002-12-27 2006-03-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Field emission device and manufacturing method thereof
JP2004281317A (en) 2003-03-18 2004-10-07 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery using the same
JP3746499B2 (en) 2003-08-22 2006-02-15 三星エスディアイ株式会社 Negative electrode active material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery
US20050042128A1 (en) 2003-08-22 2005-02-24 Keiko Matsubara Negative active material for rechargeable lithium battery, method of preparing same and rechargeable lithium battery
KR100566592B1 (en) * 2004-09-16 2006-03-31 주식회사 디지털텍 Anode Thin Film for Lithium Ion Polymer Battery and Manufacturing Method Thereof
JP2007299580A (en) 2006-04-28 2007-11-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Nonaqueous electrolyte prismatic secondary battery
JP2008294314A (en) 2007-05-28 2008-12-04 Sanyo Electric Co Ltd Capacitor
KR100878718B1 (en) * 2007-08-28 2009-01-14 한국과학기술연구원 Silicon thin film anode for lithium secondary battery, manufacturing method thereof and lithium secondary battery comprising same
US8927156B2 (en) 2009-02-19 2015-01-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage device
US9061902B2 (en) 2009-12-18 2015-06-23 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Crystalline-amorphous nanowires for battery electrodes

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5643826A (en) * 1993-10-29 1997-07-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Method for manufacturing a semiconductor device
US5705829A (en) * 1993-12-22 1998-01-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device formed using a catalyst element capable of promoting crystallization
JP2010262752A (en) * 2009-04-30 2010-11-18 Furukawa Electric Co Ltd:The Negative electrode for lithium ion secondary battery, lithium ion secondary battery using the same, and method of manufacturing negative electrode for lithium ion secondary battery
US20100285358A1 (en) * 2009-05-07 2010-11-11 Amprius, Inc. Electrode Including Nanostructures for Rechargeable Cells
US20110159365A1 (en) * 2009-05-07 2011-06-30 Amprius, Inc. Template electrode structures for depositing active materials

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120059362A (en) 2012-06-08
KR101899374B1 (en) 2018-09-17
JP5793066B2 (en) 2015-10-14
US8643182B2 (en) 2014-02-04
US20130270679A1 (en) 2013-10-17
US20120135302A1 (en) 2012-05-31
US8455044B2 (en) 2013-06-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5793066B2 (en) Power storage device
JP5885940B2 (en) Method for manufacturing power storage device
JP6012145B2 (en) Method for manufacturing power storage device
JP6208786B2 (en) Method for manufacturing power storage device
JP5706747B2 (en) Negative electrode of power storage device
CN101373846B (en) Lithium secondary battery
JP6127122B2 (en) Power storage device
JP6352726B2 (en) Negative electrode active material, negative electrode active material, negative electrode, lithium ion secondary battery, method for producing negative electrode, method for producing negative electrode active material, and method for producing lithium ion secondary battery
JP6050106B2 (en) Method for producing silicon negative electrode for non-aqueous secondary battery
KR102056328B1 (en) Negative electrode for lithium secondary battery, lithium secondary battery, and manufacturing methods thereof
JP6134533B2 (en) Secondary battery
JP5932256B2 (en) Power storage device
JP5806097B2 (en) Power storage device
JP5789417B2 (en) Power storage device
JP5883971B2 (en) Method for manufacturing power storage device
JP2010049968A (en) Solid electrolyte secondary cell
CN119487646A (en) High cycle life lithium-ion battery cell with nanostructured silicon-containing anode

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140925

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20150428

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150430

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150611

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150804

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150807

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5793066

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees